利用前期數據科學準確地對危巖進行爆破排險

蒙少明

摘要：對于以往有過爆破施工的地區，在進行排險爆破時充分利用以往振動數據進行分非線性分析，找出此次復雜環境下的排險爆破的科學依據。為防止爆破振動，爆破飛石和滾石等不利因素出現提供科學的依據。通過合理選擇爆破參數和孔網參數，以及開挖防護溝槽充分保障了整個排險工作的順利完成。

Abstract： In the area where there has been blasting construction in the past， we make full use of the vibration data in the past to make a non-linear analysis， and find out the scientific basis of the dangerous blasting in the complex environment. In order to prevent blasting vibration， blasting flying rocks and rolling stones and other adverse factors to provide a scientific basis. Through reasonable selection of blasting parameters and hole network parameters， as well as excavation of protective trenches， the smooth completion of the entire risk removal work is fully guaranteed.

關鍵詞：非線性分析;危巖;復雜環境;爆破參數;孔網參數

Key words： nonlinear analysis;dangerous rock;complex environment;blasting parameters;hole network parameters

中圖分類號：TU751.9 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）08-0125-03

0 ?引言

生活中的地質災害有許多種，例如滑坡，山體崩塌等等常見現象。隨著人類活動的日益頻繁和劇烈，地質災害的發生頻率也在日漸增多。針對不同的災害也發展出了許許多多的方法，比如針對在比較復雜環境中的危巖，我們常常采用的方法就是爆破。因為爆破施工相對于其他技術而言對于地形的條件是非常寬松的，而且在復雜情況下運用爆破施工的成本也要遠遠小于其他的方法，同時爆破又能夠將危巖快速徹底的清除掉，對于生產生活而言影響也最小。所以在危巖處理中爆破施工也越來越廣泛。

危巖爆破的目的就是要使危險消失于萌芽以達到本質安全，從而避免引起不必要的損失和傷害。基于安全的目的而進行的施工，當然必須要保證施工本身不會帶來損失和傷害。因此必須要考慮到爆破可能帶來的不利因素：一是爆破中產生的飛石，滾石;二是爆破振動;三是爆后的炮煙和揚塵;四是有時會出現需要多次爆破的情況，需要考慮到清渣時的安全問題;五是需要考慮爆后會不會形成新的災害。綜上，必須進行精心設計，嚴謹施工[1-3]。

在本次爆破排險工作中，考慮到環境相對復雜，情況相對急切。遂采用控制爆破技術在項目開展前對各種可能出現的不利情況進行綜合考量，利用礦山開采的爆破測振數據進行非線性回歸得出該地區的K和α值[4]，以便爆破的藥量更精確合理。

1 ?工程概況

1.1 危巖體周邊情況

危巖下方既是礦山道路，危巖南西側約77m為礦山宿舍區，東側、北側約40m為礦山采場，西側約100m外有鄉村道路經過，危巖四周的水平標高均比其低，并且所在位置坡度≥60度。巖性均為石灰巖，由于開采過導致有許多的碎石在危巖周圍容易產生落石，嚴重影響危巖體下方的安全。

1.2 危巖體的基本情況

危巖體位于南寧市西鄉塘區雙定鎮興平村建筑石料用灰巖礦在礦區西南側山頭，危巖為該山頭+230m標高以上部分，危巖高約15m，長約28m，平均寬約15m，危巖體總計約6300m3，由于本身的風化嚴重加之長期的爆破施工導致現在的危巖體節理發育，裂隙發達，其中主要裂隙有3組，平均寬度超過20cm貫穿大半個危巖體，并且還有一處小斷層將危巖貫穿。穩定性較差可能因為受到震動，暴雨，臺風等的影響后產生落石，嚴重影響了礦區財產和工人的生產生活安全，危害性比較大，需要盡快清理。在危巖東側有唯一的標高約為+232m長約13.5m寬2～7m的平臺，可作為施工平臺的平臺。

1.3 工程難點分析

該危巖體位置距離宿舍區和鄉村道路較近，且其屬于孤峰，高于周圍環境。本身裂隙和節理發育，這就使得爆破施工中對于飛石的控制要十分嚴格謹慎。同時因為礦山要求不能影響其正常的生產生活，因此，此次施工要求“速度快，影響小”。

2 ?方案設計

對于本次爆破的要求：

①為確保落石不會對宿舍區和公路等周邊造成損害;

②確保排險爆破后不會引發新的地質災害;

③要確保周圍的人員和財產安全;

④不能影響礦山的正常生產和生活。

因此，本次爆破的難度比較大，對于施工方案的選擇，現場的管理和工人施工能力，素質都有較高要求。綜合考慮后給出下面的爆破方案：

①為確保周邊安全，在危巖體西側，南側山腳均開挖出防護溝槽，以防止爆破后滾石。

②為防止飛石和振動，充分利用以往該區進行的爆破測振數據，精確求解K和α值，采用微差爆破技術和松動爆破技術，嚴格控制炸藥量。

③考慮最不利情況出現，需要精確布孔，使爆破飛石的產生的方向在可控范圍內，飛向無人區域。

3 ?爆破參數

3.1 K值和α值的確定

因為該地區是礦山，且長期利用爆破方式開采，故有過去的測振記錄。由于近年來計算機科學的進步，呂濤和石永強等人[4]對K值和α值進行線性回歸和非線性回歸對比分析后得出非線性回歸更接近實際情況，數據更合理。所以本文采取非線性回歸分析對最近一次該區域的爆破振動數據進行分析求解出K和α的值。

在最近一次測振中，四個測點的數據如表1。

利用以上數據，通過非線性求解軟件1stopt對薩道夫斯基公式進行非線性回歸分析，得出K值取175，α值取1.53。

具體運算代碼如下：

1. Parameter k，a;

2. Variable R，V;

3. Function V = k*（5.7988899976/R）^a;

4. Data;

5. 110.00 1.93820

6. 240.00 0.80480

7. 310.00 0.25230

8. 370.00 0.21280//Function;

運行后得到如下結果：

均方差（RMSE）：0.137751083300993

殘差平方和（SSE）：0.0759014438023887

相關系數（R）：0.980689995879749

相關系數之平方（R^2）：0.961752868018621

決定系數（DC）：0.960881291403583

卡方系數（Chi-Square）：0.0830891195019004

F統計（F-Statistic）：50.2915025621724

根據《爆破安全規程》，一般民用建筑的安全允許振動速度為2cm/s，爆區距離最近民房77m故可求得單段最大藥量為71kg。

根據計算結果要確保對礦區建筑無損壞則單段炸藥使用量應小于71kg。

3.3 炮孔參數

3.3.1 炮眼布置

因作業平臺寬度有限，采用扇形布孔，孔口距離較近，孔底距離較遠，但孔底距離均應控制在3.5m以內。

3.3.2 炮眼參數

炮孔直徑D=90mm

最小抵抗線W=（25～40）D=2.25～3.6m，取3m

炮孔間距a=1～3.5m

炮孔排距b=（0.8～1）a=2.8～3.5m，取3m

炮孔深度根據炮孔位置的巖石厚度確定，但應確保孔底距離自由面在2.5～3m。

炮孔深度L=4～17.5m。

線裝密度q=4kg/m

堵塞長度L2=2～3.5m，根據炮孔深度調整。

裝藥長度L2=2～14m

單孔裝藥量Q=qL=16～56kg。

具體炮孔布置詳見表4。

3.3.3 爆破網路

為確保爆破的安全有效，設計由兩邊向中間，由上至下的起爆順序。第一、六列，第二、五列，第三、四列，兩孔為一段。采用數碼雷管連接，段間延時為25ms。

4 ?爆破安全驗算

4.1 爆破振動預測

最大單段裝藥量62kg，依照薩道夫斯基公式：

據此可得最大振動速度為1.87cm/s符合要求。

4.2 空氣沖擊波預測

根據《爆破安全規程》和文獻[5]-[13]取K1值1.2，n值0.7，W根據上面炮孔布置為3m。計算得Rf為35.28米，距離最近建筑77m，符合要求。同時根據《爆破安全規程》規定，淺孔爆破個別飛散物對人員的安全允許距離不小于300m，深孔爆破個別飛散物對人員的安全允許距離不小于200m，但考慮到該工程為排險爆破，局部位置破碎開裂，為確保安全，人員安全距離應大于500m。

5 ?爆破效果

根據設計方案進行爆破施工，順利完成險情排除，消除了危巖對于礦山財產和工人生產生活的安全威脅。在爆破過程中無飛石和滾石損害，飛石情況符合預期;爆破振動在安全振動范圍內，符合預測值;爆渣利用機械順利清理。總體來講爆破效果良好，獲得業主一致贊譽。

6 ?結語

在本次排險爆破中，充分利用了有利條件求得了最佳的薩道夫斯基公式中的K值和α值，使得爆破設計更加有據可依，更加科學可靠。為以后遇到同樣問題如何最大化利用一切條件打開了思路。

隨著計算機科學的發展，爆破模擬軟件越加可靠好用，我們要順應時代變化充分利用這些有利條件，使得爆破工作更加可靠，安全，高效。這也正是這次工程因為施工周期緊而未能夠更加深入的研究探索的地方。

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