安徽某露天礦山爆破降振技術措施

黃小明

(保山海螺水泥有限責任公司)

大型露天礦山爆破過程中會產生巨大的振動和沖擊波等有害效應，可能對臨近礦山的建筑物造成破壞，同時也對礦區周邊居民的生活產生了較為嚴重的影響。因此，降低爆破過程中的有害效應成為露天礦山亟需解決的技術難題[1-3]。本研究以安徽某露天礦山為例，通過采用逐孔起爆、改變傳爆方向和采用孔底空氣間隔等措施，降低爆破過程中的有害效應，達到有效控制爆破振動的目的。

1 工程概況

某露天礦山位于安徽省懷寧縣，礦山采用露天開采方式，自上而下水平分層采礦法生產。礦山正常爆破時，采用三角形方式布孔，每次布置2排炮孔，孔深16 m，孔徑140 mm，孔距5 m，排距4 m，最小抵抗線3 m，炸藥單耗0.50 kg/m3，單孔裝藥量150 kg，最大段藥量750 kg，一次爆破總藥量控制在3 000 kg左右。礦區雖遠離城鎮，但礦山周邊開采安全距離外圍有一定數量的居民房屋及辦公樓等建筑物，其中，距離礦山開采范圍較近的建筑物為懷寧海螺公司辦公樓、農家飯店和礦區礦山辦公樓，與爆破作業點的距離分別為345，328，310 m(圖1)。

礦山正常生產爆破過程中，在上述建筑物附近所產生的爆破振動速度(表1)均在《爆破安全規程》(GB 6722—2014)規定的爆破振動安全允許標準以內[4]，不會對建筑物產生破壞。但礦山正常生產爆破時在上述建筑物區域的確產生了明顯振感，嚴重影響了當地部分居民及礦山作業人員的正常生活和工作，引起了附近民眾的投訴，對礦山正常生產造成了一定影響。

圖1 礦區周邊環境概況

表1 正常爆破時爆破振動速度監測結果

2 爆破降振技術措施

爆破振動效應與炸藥量、裝藥結構和傳爆方向等有密切關系。在一次爆破總藥量相同的情況下，通過采用逐孔爆破技術可有效降低最大段藥量；在炮孔底部放置空氣間隔氣可有效改善裝藥結構，減少炸藥單耗；選擇合理的傳爆方向可阻礙爆破產生的地震波的傳播。因此，為降低爆破振動效應，礦山在爆破作業時，本研究采用上述3種技術措施降低爆破振動效應，并對降振效果進行分析。

2.1 逐孔爆破技術

在逐孔爆破中，在總藥量相同的情況下，通過選擇適當的微差時間，可有效降低爆破振動的強度。逐孔爆破間隔時間的計算公式為[5-9]

Δt=KW(24-f) ，

式中，Δt為逐孔起爆間隔時間，ms；K為系數，裂隙較少的巖石取0.75，中等裂隙巖石取1.0，節理裂隙較多的巖石取1.25；W為炮孔最小抵抗線，m；f為巖石普氏系數。

根據該礦山的工程地質條件和礦山多年的生產經驗，本研究選用了高精度毫秒延期雷管，孔內選用15段375 ms延期雷管，控制排延期時間為17 ms或25 ms，雁行列延期時間為42 ms或65 ms，采用逐孔起爆方式。

2.2 采用空氣間隔器

孔底空氣間隔器降振原理是通過軸向空氣介質不耦合裝藥，降低爆破初始壓力及爆破應力峰值，從而達到降低爆破振動的效果[10-13]。根據礦山生產經驗可知，相對于連續裝藥爆破，采用空氣間隔器間隔裝藥爆破方式可減少炸藥單耗、降低大塊率，并能夠有效降低爆破振動。本研究采用BJQ型氣體間隔器，將其放置于孔底位置，間隔高度為1.5 m。

2.3 選擇合理的傳爆方向

爆破地震波在傳爆方向上產生疊加后，會增大爆破振動強度。在爆破設計時，可將傳爆方向背向被保護物體，距離被保護物體最近的炮孔首先起爆，距離被保護物體較遠的炮孔依次起爆，首先起爆的炮孔將巖石破碎后，阻礙后起爆炮孔產生的地震波向被保護物體傳播，從而降低被保護物體位置的爆破振動強度(圖2)[14-15]。本研究在距離被保護對象較近的方向選取起爆點。

圖2 傳爆方向示意

3 爆破振動監測與分析

采用加拿大instantel公司制造的Minimate Blaster便攜式振動監測儀，監測測振點的振速和單軸最大振動頻率，并對監測結果進行統計分析。礦山正常生產爆破時，一次爆破總藥量控制在3 000 kg 左右，最大段藥量為750 kg，采用逐孔爆破時，最大段藥量為150 kg。在分別采用上述3種措施(逐孔起爆技術、空氣間隔器以及改變傳爆方向)以及綜合采用上述3種措施的條件下，對爆破附近多處建筑物位置的爆破振動進行了監測，結果見表2。正常爆破(不采取任何措施)與采取不同降振措施條件下的爆破振動速度對比如圖3所示。

表2 爆破振動監測結果

圖3 不同措施下的爆破振動速度對比

分析表2可知：在采取技術措施后，當一次爆破總藥量控制在3 000 kg左右時，礦山爆破在公司辦公樓、農家飯店和礦山辦公樓產生的最大爆破振動速度分別為2.22，4.99，3.50 mm/s，均小于正常爆破條件下的爆破振動速度。分析圖3可知：在一次爆破總藥量相同的情況下，對比正常爆破(不采取任何措施)時的爆破振動速度，可知采用逐孔爆破降低最大段藥量后，爆破振動降低了30%以上，改變傳爆方向后爆破振動降低了20%左右，在孔底放置空氣間隔器后，爆破振動降低了15%左右，綜合采取上述3種措施后，爆破振動降低了40%左右，有效降低了爆破振動危害效應。

4 結 語

以安徽某露天礦山為例，為降低礦山爆破對礦區周邊建筑物的影響，分別采取了逐孔起爆技術、改變傳爆方向以及孔底放置空氣間隔器等技術措施。爆破振動監測表明：分別采用上述措施后，爆破振動速度降低幅度分別為30%、20%、15%左右；將上述3種技術措施進行綜合使用，可將爆破振動速度降低40%左右，可有效降低爆破振動對礦區周邊環境的影響。