數碼電子雷管在某近城鎮礦山的降振應用研究

唐阿敏 楊 劍 陳能革 李守愛3

（1.安徽馬鋼礦業資源集團桃沖礦業有限公司；2.安徽馬鋼礦業資源集團有限公司）

起爆器材是影響爆破工程安全和效果的重要因素之一［1-3］。隨著科學技術水平的不斷發展，數碼電子雷管這一信息技術與傳統火工品制造相結合的產物，以其安全性高、延期時間精確的特性得到大規模推廣應用，同時也成為爆破工程技術研究領域的新熱點。爆破振動作為爆破工程的主要次生危害之一，歷來是該研究領域的熱點和難點。根據爆破振動產生的原因及傳播機理，研究者們相繼提出了多種控制和減弱爆破振動的理論和方法，并在一定程度上獲得了良好的效果［4-6］。數碼電子雷管出現后，以其高精度延時特性為降振研究開辟了新的道路。

葉海旺等［7］對數碼電子雷管的減振應用進行了實驗研究，最終確定了適合金堆城南露天礦生產爆破的孔間和排間微差時間分別為30和75 ms，降振率達38.4%；夏晨曦等［8］對高精度雷管爆破振動信號特征進行了研究，結果表明高精度雷管振動信號頻帶分布較窄，90%以上的能量集中在0～100 Hz，低頻帶能量比重較大，在0～50 Hz內的能量約占總能量的75%～90%；孟小偉等［9］研究了數碼電子雷管在城鎮淺埋隧道減振爆破中的應用，研究結果表明數碼電子雷管可使爆破振動降低50%～60%，效果十分顯著。胡浩川等［10］對數碼電子雷管精確延時爆破的減振及破碎效果進行了試驗研究，結果表明當采用孔間30 ms、排間75 ms的微差時間進行爆破時，減振效果和爆破效果最優。

某近城鎮露天礦山采用中深孔爆破開采技術，礦山500 m范圍內分布有辦公樓、居民住宅等建筑，生產爆破在周邊城鎮區域產生的爆破振動較大，一定程度上影響了礦山的正常生產。為控制爆破振動危害，礦山引入數碼電子雷管代替普通延期雷管，并進行了一系列降振應用研究，取得了良好的降振效果。本研究基于降振理論分析，以雙炮孔為主要考察對象，初步確定了控制爆破振動的合理微差時間。在通過現場試驗進行驗證后，又進行了多排孔爆破實驗，基本確定了適宜本礦山的數碼電子雷管降振延期設置方案，有效控制了礦山爆破振動危害，對類似工程中數碼電子雷管的降振應用具有參考價值。

1 礦山爆破振動現狀監測分析

為了掌握該礦山目前生產爆破振動實際情況，使用TC 3850型爆破振動監測儀，對采用普通延期雷管的生產爆破進行了6炮次的振動監測，爆破參數見表1，各炮次監測結果見表2。

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利用薩道夫斯基公式對該礦山的爆破振動衰減規律進行回歸分析，得出該礦山的爆破振動衰減規律為

式中，v為爆破振動速度，cm/s；Q為最大段藥量，kg；R為測點至爆心距離，m。

由公式可以看出，由于礦山固有的地質原因，其衰減規律中場地系數（k=301.63）較大，加劇了礦山爆破振動的危害程度，因此，有效降低爆破振動危害成為了當前礦山亟待解決的問題。

2 數碼電子雷管降振理論分析

爆破振動的本質是爆炸產生的沖擊波衰減為爆破地震波，在介質中傳播而引起的介質質點振動。數碼電子雷管降振理論即以此為出發點，通過精確控制不同炮孔的起爆時間，控制爆破波的發生順序，使其在傳播過程中發生干涉作用，相互削弱，從而降低爆破振動。具體來說，當不同爆破波的發生時間間隔ΔT=nT（n=1/2、3/2、5/2……，T為爆破地震波的周期）時，各爆破波可以相互疊加削弱，降低應力波的振幅，從而使得爆破振動降低。

3 現場試驗

3.1 雙炮孔現場試驗

3.1.1 試驗方案

由于爆破振動波產生過程中受眾多因素影響，導致波的波形復雜多樣，頻率、周期缺少明顯規律。根據相關研究及大量的工程實踐經驗，露天礦山中深孔爆破合理的微差時間為15～80 ms，在此范圍內，結合工程實際，分別選擇16，28，42，56，72 ms5種微差時間進行試驗研究。

考慮到振動波干涉作用的復雜性，為了簡化研究過程，首先在該礦山進行雙炮孔爆破現場試驗。沿臺階臨空面布置單排炮孔，每2個炮孔為一組，組與組之間間隔10 m。炮孔布置如圖1所示。具體爆破參數與正常生產爆破一致，僅改變爆破總裝藥量為240 kg。在距爆破區域中心50，100，150 m處分別布置爆破振動測試儀測量爆破振動強度。為保證試驗安全和簡化試驗程序，5組試驗炮孔一次起爆。考慮到測振儀器的反應時間，同時避免先爆炮孔對測試結果的影響，組與組之間起爆間隔時間設置為2 000 ms。

數碼電子雷管使用流程：數碼電子雷管單發檢測→雷管入孔→設置雷管延期方案→雷管組網→組網檢測→驗證雷管授權→充電起爆。

3.1.2 試驗結果分析

本次試驗共測得有效振動數據60組，其中爆破振動合速度匯總見表3。

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為探究不同微差時間的降振效果，根據表3的數據，繪制不同微差時間下的爆心距—爆破振動合速度曲線圖，見圖2。

由圖2可以看出，隨著爆心距的增加，各測點的爆破振動強度在逐漸降低，但降低的幅度不一。近區處（50～100 m）爆破振動合速度曲線斜率較大，爆破振動強度下降較快；遠區處（100～150 m）爆破振動合速度曲線變緩，爆破振動強度衰減速度降低。整體來說，當延期時間為28 ms時，爆破振動合速度曲線位于整個圖形的下側，即爆破振動強度最小。據此可以初步判定28 ms是適宜的降振微差時間。

以延期時間為橫軸，爆破振動合速度為縱軸，繪制不同距離處的延期時間—爆破振動合速度曲線，見圖3。

由圖3可以看出，各個距離處的延期時間—爆破振動合速度曲線大致上符合倒拋物線形狀。其中爆心距50，100 m處在延期時間28 ms時取得最小值；爆心距150 m處在延期時間42 ms時取得最小值。值得指出的是，在爆心距150 m處，雖然延期時間42 ms時取得最小爆破振動合速度0.55 cm/s，但延期時間28 ms時的爆破振動合速度為0.59 cm/s，僅略大于最小值。因此，雙炮孔試驗條件下，適宜的降振微差時間為28 ms。

3.2 雙排孔現場試驗

3.2.1 雙排孔現場試驗方案

目前礦山的正常生產爆破規模為一次爆破2排共10個炮孔，總藥量1.2 t。為了驗證將雙炮孔試驗結論推廣至雙排孔爆破的可行性，根據雙炮孔試驗結果，優選了16，28，42 ms3個延期時間，進行雙排孔爆破試驗。考慮到礦山生產規模較小，每次僅爆破2排，因此不調整排間微差時間，而是采用逐孔起爆技術，孔與孔之間間隔均為16，28，42 ms，同時采用斜線爆破網絡，保證前排領先后排2～3個炮孔。具體延期時間設置見圖4（以16 ms為例）。各炮孔參數與正常生產爆破參數一致。

3.2.2 試驗結果分析

雙排孔爆破實驗共獲得有效爆破振動數據為36組，其中爆破振動合速度匯總見表4。

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參照雙炮孔實驗中的數據處理方法，繪制爆心距—爆破振動合速度曲線，見圖5。

由圖5可以看出，雙排孔爆破試驗中，曲線走向與雙炮孔試驗類似，但總藥量的增加使得爆破振動強度明顯增加。因此爆破振動的影響因素中，不能僅考慮最大段裝藥量，同時還要考慮一次爆破總藥量。另一方面，雙排孔爆破試驗中，28 ms延期時間設置仍表現出良好的降振效果，證明將雙炮孔試驗的結論推廣至正常生產的雙排孔爆破中是可行。

以延期時間為橫軸，雙排孔爆破振動合速度為縱軸，繪制不同距離處的延期時間—爆破振動合速度曲線，見圖6。

雙排孔實驗中，同一距離處不同延期時間的爆破振動強度仍呈現倒拋物線形，且均在28 ms處取得最小值。同樣證明了雙排孔爆破中延期時間設置為28 ms對于降振是有效果的。經統計，以正常生產爆破產生的爆破振動為基礎，28 ms延期時間下50，100，150 m處的爆破振動強度平均降低幅度分別為35.02%、25.95%、33.97%，平均總降振幅度達31.65%。

4 結語

（1）適宜該礦山的降振數碼電子雷管微差時間為28 ms，平均總降振幅度達31.65%。

（2）爆破總藥量的增加會明顯增強爆破振動強度，因此爆破振動的影響因素不能僅考慮最大單段藥量，還要考慮一次爆破的總藥量。