空氣軟塞減振裝藥結構在烏山銅鉬礦的應用研究

王 騫 李二寶

（1．中國黃金集團內蒙古礦業有限公司；2．中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司）

爆破技術廣泛應用于礦山、隧道等基礎工程中，其產生的振動效應對礦山各種基礎設施具有重要的安全影響［1-5］，為企業安全生產埋下了隱患。有針對性地降低爆破振動對礦山生產具有重要意義，其中改善裝藥結構在露天深孔降振方面具有巨大潛力，許多學者通過不同的研究方法針對具體工程特點做了許多工作。朱紅兵等［6］通過爆轟波理論研究了空氣軟塞裝藥結構鉆孔內一維不定常基波在炮孔中的作用過程及各點的壓力變化過程，得出在梯段爆破工程中，空氣軟塞占炮孔長度的比例在30%～42%時，可以產生較好的爆破效果；吳亮等［7］通過數值分析軟件對空氣軟塞裝藥條件下邊坡爆破振動規律進行了研究，得出了爆源近、中區質點爆破振動峰值隨著空氣軟塞在炮孔中的相對位置變化的規律；辜大志等［8］通過開展孔底空氣軟塞裝藥結構爆破振動試驗，發現孔底空氣軟塞裝藥平均降振率為10%～15%。

本研究對烏山銅鉬礦擬建粗破碎站附近生產爆區爆破振動速度進行監測，使用經驗公式分析研究100 m范圍內爆破振動速度與爆區最大段藥量及爆心距之間的關系，并開展不同長度的孔口空氣軟塞裝藥結構下現場減振爆破試驗，對爆破振動速度進行對比分析，研究不同長度孔口空氣軟塞裝藥結構的降振效果。

1 礦山地質概況及生產爆破參數

烏努格吐山銅鉬礦（以下簡稱烏山銅鉬礦）為特大型露天金屬礦山，采用露天開采工藝，臺階高度為15 m，年采剝總量達到3 500萬m3；礦山采用?140 mm潛孔鉆機穿孔，因水孔相對較多，炸藥采用易普力抗硫乳化炸藥，起爆藥為0.5 kg中繼起爆具，采用逐孔微差起爆技術，雷管為澳瑞凱高精度導爆管雷管（孔內400 ms，孔外9、17、65和100 ms延期雷管），采用裝藥車現場裝藥，炸藥單耗約為0.70 kg/m3。為保證采剝作業進度和采剝作業計劃，采場年平均爆破次數約1 000次，一個爆區一次爆破炸藥量約20 t，方量約3萬m3。因礦山采用高臺階陡幫開采工藝，且具有單段爆破炸藥量大、爆破次數多、一次爆破規模大等特點，爆破振動危害效應突出。

2 采區生產爆破振動測試

2.1 爆破振動測試方案

露天生產爆破振動對露天邊坡、建筑物、民房及各種基礎設施等具有重要影響，爆破振動速度是衡量爆破振動大小的重要指標，為了達到降低爆破振動的目的，采用TC3850型振動速度測試儀對生產爆區100 m內的爆破振動速度數據進行收集，為了消除位置因素、環境因素對振動情況的影響，在生產爆區100 m范圍內選取不同方向、不同位置的測線進行振動監測，生產爆區各測線布置示意圖見圖1，振動監測儀器擺放圖見圖2。

2.2 監測結果

根據礦山生產現場實際情況及爆破振動測點布置原則，統計每次爆破爆區最大段藥量及測點距爆區的距離（爆心距），本次監測歷時7 d，去除明顯錯誤數據后，共測得有效數據13組，詳細數據采集結果見表1。

2.3 爆破振動衰減規律分析

薩道夫斯基公式是考慮爆破能量傳播介質性質和爆源條件的爆破振動速度衰減公式，對于爆破振動預測方面具有權威性，得到了廣泛的推廣應用［9-13］。根據振動監測數據，使用數據分析軟件對其進行回歸分析［14］，得到以ln（Q1/3/R）為橫坐標、以lnV為縱坐標的擬合直線（圖3），復相關系數R2=0.8。其中，Q為最大段藥量，kg；R為距爆源距離m；V為爆破振動合速度，cm/s。

?

得出采區連續裝藥結構下的爆破振動速度與爆區最大段藥量、爆心距之間的關系曲線：

3 孔口空氣軟塞爆破減振試驗

3.1 空氣軟塞裝藥結構減振機理分析

空氣軟塞裝藥結構使用空氣塞在填塞層及炸藥之間預留一段空氣（圖4）。炸藥爆炸后，炸藥能量在空氣柱中得到緩沖，峰值壓力被降低，增加了爆破能量作用在炮孔上的時間，使能量在粉碎區和破碎區分布不均衡的現狀得到了改善，降低了爆破振動強度，提高了爆破能量利用率，改善了爆破效果。

3.2 試驗內容及方案

不同的爆破裝藥結構對炸藥爆破能量的傳播具有一定的影響作用，眾多專家學者做過相關研究［15-17］，通過采用孔口空氣軟塞裝藥結構，對炸藥能量傳播規律進行干預，達到降低爆破振動速度的目的。

針對本礦山工程地質條件及水文地質條件，為達到降低爆破振動的目標，并便于施工，采用孔口空氣軟塞裝藥結構，根據本礦山生產爆破參數，選取空氣軟塞長度1和1.5 m這2種對比方案，試驗材料及現場試驗裝藥見圖5。

3.3 試驗結果及分析

本次試驗進行6組，共21個振動測試測點，其中空氣軟塞長度為1 m的測點15個，空氣軟塞長度為1.5 m的測點6個，對監測結果進行統計，并與前期通過回歸分析出的爆破振動速度衰減公式進行對比分析，結果見圖6。

由圖6可知，在最大段藥量固定的情況下，隨著測點距爆區距離的增加，不同裝藥結構下的爆破振動速度值均呈現逐漸減小的趨勢，且隨著測點距爆區越來越遠，爆破振動速度衰減的越來越慢，符合爆破振動速度衰減規律；對比空氣軟塞裝藥結構及常規連續裝藥結構可知，采用空氣軟塞裝藥結構的爆破振動速度明顯降低，在爆心距25 m時，降振率達到3.2%，爆心距55 m時降振率為8.5%，爆心距100 m時降振率為6.5%，平均降振率達到8.89%。

在上述研究基礎上，繪制空氣軟塞結構分別為1和1.5 m時的數據分析結果（圖7）。

由圖7可知，當炮孔中空氣柱長度設置為1.5 m時，使沖擊波的峰值壓力明顯降低，作用的時間增長，相較于1 m的空氣柱長度，此參數（1.5 m）降振效果更加顯著。

4 結 論

（1）通過對爆破振動速度監測值進行回歸分析，得出了生產爆區100 m范圍內的爆破振動速度衰減公式，為礦山生產爆區最大段藥量控制及開展降振試驗提供了數值依據。

（2）將爆區100 m范圍內2種裝藥結構下（連續裝藥及孔口空氣軟塞裝藥）的爆破振動值進行對比，孔口采用空氣軟塞裝藥結構后爆破振動明顯減低，平均降振率達到8.89%。

（3）采用1.5 m空氣軟塞裝藥結構后，更為有效地降低了爆破沖擊波峰值壓力，延長了爆破壓力的作用時間，較1 m長度空氣軟塞裝藥結構下所產生的爆破振動更小。