分析礦山爆破的安全問題及控制措施

侯志鵬

（中國非金屬材料南京礦山工程有限公司，江蘇 南京 210016）

爆破振動波在巖體介質中的傳播過程是體波與面波、反射波、折射波和透射波組成的復雜振動。因為體波和面波的傳播速度不同，所以從爆源通過介質傳播的過程中會生成很多折射波和反射波等，與透射波作用時會出現抵消和疊加，地震波的波形參數沒有明確的規律可循。地震波持續時間短，衰減速度也比較快。從上面分析可以得出，爆破地震波是一種隨機瞬態信號，波形變動也是隨機的，波形不會重復。對同一次爆破振動進行監測，不只是不同測點測得波形差異較大，就算在相同測點，波形也會有一定的差異。

1 礦山爆破的安全影響因素

爆破振動的質點振速、主頻和持續時間是描述爆破振動的三個參數。但是影響三個參數的因素很多，按控制性質分為人為可控和不可控因素。

1.1 人為可控因素的影響

1）爆源特性與參數的影響，爆源特性對地震波的振動強度和傳播規律影響顯著。

①爆破規模，從影響爆破振動的角度，一次起爆藥量越大，炸藥爆炸釋放出來的能量就越大，轉變為爆破地震波的能量也就越大。即爆破規模與爆破振動強度成正比，這是對爆破地震效應影響較大的因素之一。不同類型的爆破工程，其爆破規模是不一樣的，因此，對爆破振動影響的程度也不一樣。一般情況下，硐室爆破、深孔爆破的規模較大；淺孔爆破、地下掘進爆破、拆除爆破的規模較小。

②爆破類型，對于巖土爆破，根據爆破作用指數，可把爆破分成六種類型：裸露爆破、強拋擲爆破、標準拋擲爆破、減弱拋擲爆破、松動爆破和壓縮爆破。不同的爆破類型產生的振動強度不同。

③爆破參數，其主要參數有：

a.炮孔孔徑和孔深，不同的炮孔孔徑和孔深決定了不同的爆破規模，同時產生不同的爆破地震效應。一般而言，在露天深孔爆破中，過大的孔徑、過大的超深必然增大單孔裝藥量，會提高爆破振動強度。

b.裝藥長度與填塞長度的影響，在相同尺寸的炮孔中，裝藥長度越長，單孔裝藥量就越大，炸藥爆炸時的振動強度越大。在單孔裝藥量、裝藥埋深固定的情況下，填塞長度越長，越不利于巖土飛散，越接近于壓縮爆破的類型，因而會增強爆破振動強度。

c.炸藥單耗的影響，單位耗藥量簡稱單耗，是一個經驗參數，代表破碎單位尺寸的介質所需要使用的裝藥量，通常用q表示。

d.裝藥結構，在同等條件下禍合裝藥產生的振動比不禍合裝藥情況下產生的振動大，連續裝藥產生的振動大于間隔裝藥產生的振動。

e.毫秒延時間隔爆破，毫秒延時間隔爆破與同排各孔齊發爆破相比，不僅爆炸時間分散而且降低爆破振動，主要影響效果表現為減少應力波疊加、增加自由面、提高能量利用率。

2）雷管延期精度的影響，如果雷管的精度達不到要求，毫秒延期爆破效果將不理想，不僅不能降低爆破振動反而導致爆破振動增大，因此高精度電子雷管通過減小誤差，達到預計的毫秒延期要求可以減弱爆破振動。

3）炸藥性能的影響，炸藥性能包括爆炸性能、物理性能和化學性能，炸藥密度、爆熱和爆速對爆破效果起決定型作用。

1.2 人為不可控因素的影響

1）地質條件的影響，巖體地質條件對爆破地震波的傳播影響主要體現在衰減指數a上，巖體的堅硬和完整度越高，a越小，衰減速度越慢。

2）地形條件的影響，地形條件對爆破振動響應有明顯影響，主要表現在以下幾個方面：a.建筑物位于比爆源高的地方時，其對振動的響應較大，爆破振動響應有局部影響；若建筑物位于在兩種類型的巖體上，會增大建筑物的爆破振動響應；b.山脊上建筑物的爆破振動響應更大。

3）爆心距及傳播路徑的影響，爆破振動波的波形、振速峰值和主頻都隨爆心距的增加而減小。地球可以看成低通濾波器，隨著爆心距的增加主頻更趨向于低頻帶的低端。爆源近區破壞力強，頻率較高；雖然遠區破壞力較弱，頻率較低，但與建筑物的自振頻率較接近，因此可能發生共振對建筑物產生較大的破壞。

4）建筑物類型的影響，建筑物被地震波破壞主要分為地基失效和建筑物自身結構被破壞。如果是以巖石為地基，則破壞的主要原因包括巖石的節理、裂隙、巖石走向等。如果建筑物跨在巖基和土基上，受到爆破振動后地基容易由于不均勻變形而被破壞。地震波可以使建筑物強迫振動和自由振動，建筑物發生拉伸、剪切等組合應力。由于建筑物上部內應力較大，地震波一般都在建筑物上部將其破壞。

2 礦山爆破的安全影響的措施

根據《爆破安全規程》（GB6722-2014）相關規定、爆破安全計算及施工經驗，保證地表開采邊界與地面建筑物的安全限界。同時還應綜合考慮爆破振動安全限界、爆破沖擊波安全距離、個別飛散物安全距離。在滿足生產需求和滿足設計規范要求的前提下，以控制單段最大藥量為原則合理設計爆破方案并預測安全限界。

2.1 科學布置炮孔

1）鉆孔方式，垂直深孔爆破的優點在于對地質要求比較低而且鉆孔速度相對較快、鉆孔角度易控制、操作簡單。結合安家嶺露天礦山實際情況，選擇垂直深孔可提高工作效率。

2）炮孔的布置方式，采用正方形多排布孔。正方形布孔破碎均勻且容易準確定位，鉆機移動次數也少。

2.2 合理設置爆破參數

臺階高度H、炮孔直徑d，考慮到爆破效果、鉆孔難度以及鏟裝安全和效率，臺階高度設計值為16m；炮孔直徑為250mm，鉆機為阿特拉斯DMH900。

2.3 選擇合適的裝藥方式及爆破器材

1）裝藥設計，炮孔內炸藥的布置方式不同，可以產生不同的爆破效果，選擇合適的裝藥方式和裝藥結構，直接影響礦山爆破的效果。采用連續不耦合裝藥的方式，應用現場混裝炸藥車裝藥，反向起爆。

2）爆破器材設計，a.炸藥的選取采用混裝胺油炸藥，密度850kg/m3，起爆藥包為450gTNT炸藥。b.雷管的選取根據爆破實際經驗，硬巖的合理孔間延期為3ms/m，一般巖石的合理孔間延期為3～8ms/m。最大排間延期不應超過15ms/m，以抵抗線長度作為參考。由此計算出孔間延期為21ms～56ms，排間延期不超過105ms。采用高精度導爆管，可選延期時間為25ms，42ms，65ms和100ms，孔內管統一采用600ms延期。

2.4 合理設計爆破網路

設計v字形起爆網絡增加自由面減小爆破振動，按照深孔臺階爆破群孔爆炸時間在（±8ms）內的炮孔可判斷為同時起爆，根據孔間和排間地表管的不同延期時間設計3種起爆網絡，孔內管均采用600ms延期。

2.5 做好爆破現場安全管理

實驗時對試驗區域做好警戒，爆破器材的保管和使用要嚴格按照法律和法規要求執行。在礦山爆破中，對爆破產生的飛石、沖擊波、振動和有害氣體等進行有效的控制，可以減少對周圍環境和人員設備的危害。

1）個別飛散物體安全距離，根據《爆破安全規程》（GB6722-2014）的規定，個別飛散物體安全距離的計算公式為：

RF=20KFn2Wd

式中：Rf為個別飛散物的安全距離，m；KF為安全系數，取1.5。為最大裝藥爆破指數，取0.8；wd為盤底抵抗線，m。

通過公式2-1計算得RF為134m，此計算結果僅供參考，根據以往經驗，個別飛散物的飛散距離遠小于200m。

2）爆破沖擊波控制，根據 《爆破安全規程》（GB6722-2014）的規定，爆破時空氣沖擊波對掩體內人員的安全距離計算公式為：

RK=KnQV3

式中：Rk為空氣沖擊波對人最小安全距離，m；Kn為爆破破壞的相關系數，取0.5～1.5；Q為爆破時單段最大藥量，kg。由公式2-2計算得Rk為6.47m～19.41m。

3）爆破振動安全距離，根據《爆破安全規程》（GB6722-2014）露天深孔爆破振動主頻在10Hz～60Hz之間。結合起爆網絡計算出的單段最大藥量和礦區東幫的巖石性質，利用薩道夫斯基公式2-3對民用建筑和工業建筑的安全限界進行估算。

式中：V為爆破質點振動速度，cm/s；民用建筑取1.5cm/s；工業建筑取2.5cm/s。Q為延時爆破單段最大裝藥量，kg；取2168kg；R為測點到爆源中心的距離，m；K為與爆破場地條件有關的參數，取150～250；a為爆破質點振動速度衰減系數取1.5～1.8。通過公式2-3計算，民用建筑的安全限界為167.16m ～391.97m；工業建筑的安全限界為 125.86m～278.84m。

3 結語

安全問題是科學研究的前提和保障，尤其在涉及爆破工程的研究中，其不可控制性在安全問題顯得更加重要。嚴格按照《爆破安全規程》（GB6722-2014）要求進行作業驗時對試驗區域做好警戒，爆破器材的保管和使用也要嚴格按照法律和法規要求執行礦山爆破中，對爆破產生的飛石、沖擊波、振動和有害氣體等進行有效的控制。