和尚橋鐵礦露天爆破孔間微差間隔優(yōu)選試驗(yàn)研究*

顧紅建 李 明 儀海豹 陳能革

（1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司；2.馬鞍山礦山研究院爆破工程有限責(zé)任公司；3.安徽馬鋼礦業(yè)資源集團(tuán)有限公司）

露天礦山爆破開采產(chǎn)生的爆破振動是主要爆破危害之一，對于周邊建（構(gòu)）筑物的安全造成一定影響，且易于引發(fā)礦山企業(yè)與周邊百姓的矛盾糾紛，不利于社會和諧穩(wěn)定［1-5］。針對馬鋼和尚橋鐵礦生產(chǎn)爆破振動危害控制難題，采用數(shù)碼電子雷管開展不同微差時間的爆破振動對比試驗(yàn)，研究適宜的孔間微差間隔，指導(dǎo)生產(chǎn)爆破振動控制，促進(jìn)礦山與周邊區(qū)域的融合協(xié)調(diào)發(fā)展。

1 礦山概況

馬鋼和尚橋鐵礦是典型的近城區(qū)礦山，周邊村莊、企業(yè)及生產(chǎn)設(shè)施等眾多，爆破環(huán)境復(fù)雜，對礦山爆破安全要求高［6］。礦山西北側(cè)距離雨山區(qū)智能裝備產(chǎn)業(yè)園300 m，距大毛庫村280 m；東北側(cè)距甘庫村580 m；西側(cè)距高速公路收費(fèi)站1 km，距寧安高鐵線路1.5 km；西南側(cè)距離瑞泰馬鋼新材料公司492 m；南側(cè)距離紅橋村340 m。

礦山生產(chǎn)規(guī)模為300萬t/a，臺階高度為12 m；采用逐孔微差爆破，孔徑為200 mm，采用φ170 mm乳化炸藥。礦山頻繁爆破作業(yè)產(chǎn)生的爆破地震效應(yīng)，對周邊居民、企業(yè)的正常生產(chǎn)生活造成一定負(fù)面效應(yīng)，為大幅削弱生產(chǎn)爆破振動對周邊的影響，亟待開展減振爆破技術(shù)研究。

2 現(xiàn)場爆破試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方案

考慮到礦山爆破炮孔直徑相對固定，不具備調(diào)整的條件，而炮孔起爆微差時間的可操控性強(qiáng)，因此，開展不同微差時間下的現(xiàn)場爆破試驗(yàn)，掌握微差時間對爆破振動的影響規(guī)律。

現(xiàn)場試驗(yàn)在礦山-60～-72 m臺階進(jìn)行，為消除雷管自身起爆誤差對試驗(yàn)結(jié)果的影響，這里采用高精度數(shù)碼電子雷管進(jìn)行試驗(yàn)；試驗(yàn)炮孔深度為14 m，每孔裝藥量為240 kg，堵塞長度≥5.4 m。每次試驗(yàn)布置2個炮孔為一組，每組炮孔間微差時間分別為8，16，24，32和48 ms，每孔2發(fā)數(shù)碼雷管同時起爆；相鄰2組試驗(yàn)的時間間隔設(shè)置為5 s，以避免2組試驗(yàn)的相互影響。炮孔布置及起爆時間見圖1。

采用TC-3850型爆破振動記錄儀在距離爆區(qū)200 m范圍內(nèi)布置多個振動監(jiān)測點(diǎn)，進(jìn)行現(xiàn)場振動數(shù)據(jù)采集工作，以開展不同方案下的振動數(shù)據(jù)對比分析，研究確定合適的孔間微差時間，為生產(chǎn)爆破振動控制提供指導(dǎo)依據(jù)。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)現(xiàn)場爆破振動監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以得到不同微差時間下測點(diǎn)振動速度分布情況，見圖2。

由圖2可知，不同微差時間的測點(diǎn)振動速度表現(xiàn)出一定的離散性特點(diǎn)，但整體而言，隨著爆破測點(diǎn)距離的逐漸增加，各測點(diǎn)的振動速度皆表現(xiàn)為衰減趨勢；且測點(diǎn)與爆區(qū)的距離越小，爆破振動速度降幅越顯著；當(dāng)測點(diǎn)距離增大后，振動速度降低幅度逐漸減小，即近區(qū)振動速度衰減快，遠(yuǎn)區(qū)則衰減慢。

2.3 微差爆破效果分析

炸藥爆破產(chǎn)生的爆破地震效應(yīng)受到多種因素的影響，如爆源的位置、裝藥量、爆破方式、傳播介質(zhì)和局部場地條件等［7-11］。對于爆破振動衰減規(guī)律分析，常規(guī)方法是采用薩道夫斯基公式進(jìn)行回歸分析，獲得爆破振動速度與裝藥量和距離等的函數(shù)關(guān)系［12-15］：

式中，V為質(zhì)點(diǎn)振動速度，cm/s；Q為炸藥量，齊發(fā)爆破為總藥量，延時爆破為最大單段藥量，kg；R為爆源至保護(hù)建筑的距離，m；K、α為與爆破點(diǎn)至保護(hù)對象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，應(yīng)通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定。

考慮到現(xiàn)場爆破試驗(yàn)的炮孔裝藥量相同，為進(jìn)一步探究不同延期時間下爆破振動速度變化規(guī)律，這里忽略單孔裝藥量的影響，根據(jù)現(xiàn)場爆破振動測試數(shù)據(jù)，采用指數(shù)函數(shù)進(jìn)行回歸分析，得到了不同延期時間的爆破振動速度擬合公式，見表1；回歸系數(shù)R2均達(dá)到0.91以上，說明回歸公式可靠性高。

注：y為振動速度，cm/s；x為距離，m。

根據(jù)表1中的爆破振動速度回歸公式，可以計(jì)算得到同等距離下不同微差時間下的爆破振動速度，見圖3。

由圖3可知，隨著測點(diǎn)距離的不斷增加，各個微差時間下的爆破振動速度皆表現(xiàn)出衰減趨勢；且在距離為80 m范圍內(nèi)，測點(diǎn)爆破振動速度降幅較為顯著，隨后逐漸趨于平緩。同時，對于爆破近區(qū)，當(dāng)微差時間為16 ms時，測點(diǎn)振動速度相對最小，且距離越小，振動速度越?。划?dāng)微差時間為48 ms時，測點(diǎn)振動速度整體上最大；對于距離增大后的遠(yuǎn)區(qū)，各個微差時間對爆破振動速度的影響已經(jīng)不明顯，各曲線的振速差值逐漸減小。

為進(jìn)一步掌握微差時間對測點(diǎn)振動速度的影響規(guī)律，這里得到不同微差時間下振動速度曲線，見圖4和圖5?？梢钥闯觯⒉顣r間對爆破振動速度影響較為明顯；相同距離下，隨著微差時間的增大，振動速度表現(xiàn)出“先增大—后減小—再增大—再減小”的波浪形變化規(guī)律。

在爆破近區(qū)，當(dāng)測點(diǎn)距離在40 m范圍內(nèi)時，微差時間為16 ms時爆破振動速度最小，微差32 ms時次之；當(dāng)距離增加到60 m時，微差時間為32 ms時振動速度開始變?yōu)樽钚?，微差時間16 ms時次之；而微差時間為48 ms時的振動速度皆為最大。

3 微差時間優(yōu)選分析

爆破振動速度越小，越有利于建筑物的安全，因此應(yīng)選擇振動速度最小的微差時間。當(dāng)爆破近區(qū)有需保護(hù)的建筑物時，適宜采用孔間微差16 ms；當(dāng)遠(yuǎn)區(qū)有需保護(hù)的建筑物時，適宜采用孔間微差32 ms。

當(dāng)前礦山采用的主要是澳瑞凱導(dǎo)爆管雷管，微差時間類型包括9，17，25，42，65，400 ms；結(jié)合澳瑞凱雷管的規(guī)格，這里采用線性差值法得到微差17和25 ms時對應(yīng)不同距離的振動速度，見表2?？梢钥闯?，微差時間為17 ms時振動速度普遍小于微差25 ms的振動速度，僅在距離60～100 m時略大。因此，在距離爆區(qū)60～100 m內(nèi)有需要保護(hù)的建（構(gòu)）筑物時，推薦采用孔間微差25 ms，其他區(qū)域推薦采用孔間微差17 ms，以最大程度削弱爆破振動對建（構(gòu)）筑物的影響。

4 結(jié) 論

（1）相同裝藥量條件下，采用指數(shù)函數(shù)可以對不同微差時間的爆破振動速度進(jìn)行回歸分析，且回歸精度高；結(jié)果表明，隨著測點(diǎn)距離的增加，爆破振動速度表現(xiàn)出整體衰減趨勢，且在距離80 m范圍內(nèi)，振速衰減程度明顯，隨后逐漸減小。

（2）孔間微差時間對測點(diǎn)爆破振動速度影響明顯，且對近區(qū)影響程度大于遠(yuǎn)區(qū)；隨微差時間的增加，測點(diǎn)振速呈現(xiàn)“先增大—后減小—再增大—再減小”波動規(guī)律；對于爆破近區(qū)，適宜采用孔間微差16 ms；對于遠(yuǎn)區(qū)適宜采用32 ms，不宜采用微差48 ms。

（3）根據(jù)試驗(yàn)研究成果，結(jié)合澳瑞凱高精度導(dǎo)爆管雷管的段別情況，在距離爆區(qū)60～100 m內(nèi)有需要保護(hù)建（構(gòu)）筑物時，推薦采用孔間微差25 ms，其他區(qū)域采用孔間微差17 ms。