露天礦山爆破振動測試及分析

喬建軍

(中國非金屬材料南京礦山工程有限公司，江蘇 南京 210016)

1 引言

目前，我國大型露天礦生產多采用中深孔爆破形式，單孔裝藥量較大，單次起爆藥量大，會產生較大的爆破地震效應。當爆破地震波遇到地下或地面的建筑物和構筑物時，將與其發生相互作用，直接威脅到爆區周圍建筑物和構筑物的安全［1-2］。因此，控制由爆破地震波對周圍環境與設施帶來的安全性問題顯得尤為重要，其前提必須掌握爆破地震現象的基本規律。針對淮南地區兩個采石場現場爆破及礦區地質情況，對爆破振動進行分析研究。

2 工程概況

淮南謝家集區采石場(以下簡稱為A 采石場)和大通滿漢采石場(以下簡稱為B 采石場)位于淮南地區，為露天開采形式，巖石節理、層理比較發育，且上部有風化。兩采石場采用垂直中深孔爆破方式，爆破參數如表1 所示。爆破采用粉狀銨油炸藥，導爆管雷管、排間微差起爆方式。

表1 兩采石場生產爆破參數匯總表

3 爆破振動現場測試

3.1 測點布置

爆破時炸藥的部分能量轉換為地震波，從爆源以波的形式向外傳播，經過介質而達到地表，引起地表的震動，這種震動隨著爆心距的增加而減弱［3-4］。測點至爆源的距離從60～180m，各測點間距為20m左右。由于A 采石場測試平臺范圍較小，測試距離不足，因此實際布置時根據現場地形條件做適當調整，測點布置如圖1 所示。爆破振動儀每條測線布置3～5 個測點，每個點均需對垂直、徑向和切向三個方向的爆破振動進行測量。

圖1 采石場A(左)和采石場B(右)爆破振動測點布置示意圖

3.2 現場爆破效果

A 采石場:爆破為加強松動爆破，爆破現場震感明顯，爆后巖石前沖，爆堆呈坡狀向下延伸，塊度較均勻。由于巖石風化，后拉裂隙較多，邊坡不穩定。

B 采石場:爆破為拋擲爆破，爆后巖石前沖，塊度適中，巖體有裂隙，現場震感強烈。

3.3 爆破測試數據

爆破中利用爆破測振儀進行爆破振動數據監測，數據結果如表2 所示。

由表2 數據可看出，振動測試結果在垂直方向的規律性較好;徑向和切向呈先增后減的趨勢，且異常數據和消波現象較多，其中特別集中于A-2、B-3 和B -4 三個測點。異常數據和消波現象較多的原因主要有以下幾方面:(1)測試現場情況比較復雜，存在小土丘、小溝壑，對測點的布置、地震波的傳播以及測試的準確性都有一定的影響;(2)現場泥土、草木和石子相互交錯，難以清理，或清理不完全，傳感器不能與巖體直接接觸，對測試的準確性造成極大影響;(3)石膏未將傳感器與巖體很好的粘結，測試準確性降低，使個別點出現異常數據，或無數據;(4)UBX20016爆破振動儀的參數設置不合理，使個別點出現消波現象。

4 爆破振動分析研究

4.1 爆破振動速度分析

爆破振動強度(位移、速度和加速度)的最大值，隨著爆心距和炸藥量的變化而變化，國內外有眾多預測振動強度的經驗公式，參照《爆破安全規程實施手冊》，采用薩道夫斯基爆破振動經驗公式計算最大振速［5-6］:

(1)式中:V 為測點最大質點振動速度(cm/s);K、a 分別為衰減系數和衰減指數;Q 為炸藥量(kg)，齊發爆破取總藥量，微差爆破為最大一段藥量;R 為測點至爆區的距離(m)。

其中、K、a 值的確定與爆破點至測點間的地形、地質條件有關，一般根據現場爆破試驗測得的振動速度數據進行回歸計算得出［7］。

對于每一組樣本數據，V、Q、R 都是確定的，可按照同一次爆破試驗中各測點所測數據作為1 個樣本組進行回歸計算。分別按照表2 中兩采石場的數據(失真數據除外)，用Origin 工程繪圖軟件對實測數據對振動速度的衰減系數K 和衰減指數a 進行回歸計算［8］，如圖2 所示。

圖2 爆破振動參數線性回歸計算

經回歸計算，可得到采石場A 和采石場B 巖體振動速度的衰減系數和衰減指數，其值列于表3 中。

表3 現場試驗爆破地震波的衰減參數

因此，采石場A 和B 的工程地質條件下爆破振動垂直速度衰減規律的回歸公式為:

4.2 爆破振動頻率分析

依據《爆破安全規程》(GB6722 -2003)可知，地震波頻率高，爆破振動允許安全速度限值亦高，即爆破振動對建筑物的潛在危害就越小［9-10］。從表2的數據分析可知，采石場爆破引起的振動頻率分布在20～50Hz 范圍內，大于一般建筑物結構自振頻率(1～10Hz)，不會出現共振現象。

5 結論

通過對淮南地區兩采石場的現場爆破振動的測試，對爆破振動速度及頻率進行分析研究，主要得到以下幾個結論:

(1)爆破地震波的衰減參數分別為:A 采石場:衰減系數=132.60;衰減指數=1.7430;B 采石場:衰減系數=179.79;衰減指數=1.3921。

(2)場試驗測試結果和回歸分析表明，利用薩道夫斯基公式回歸地震波振動衰減規律是可靠的。根據測試結果回歸得出的爆破振動衰減規律，可以為工程爆破的爆破地震波強度預測和施工設計提供參考。

(3)振動頻率分析表明，采石場巖石爆破引起的振動頻率分布在20～50Hz 范圍內，高于建筑物自振頻率(1～10Hz)，不會出現共振現象。

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