露天礦山爆破振動的影響因素分析

曾玉瑩，于世杰

（1.河北鋼鐵集團灤縣司家營鐵礦有限公司，河北 唐山 063700；2.河北鋼鐵集團司家營研山鐵礦有限公司，河北 唐山 063700）

0 引言

近年來，隨著礦山開發技術的不斷進步，爆破作業已成為露天礦山生產過程中不可或缺的環節。然而，爆破振動對環境造成的影響問題日益凸顯，導致了許多環境問題和安全隱患。為了有效解決這一問題，本文對露天礦山爆破振動的影響因素進行了系統研究，并提出了一系列振動控制措施。

1 露天礦山爆破振動的影響因素

露天礦山爆破振動受多方面因素影響。爆破參數是其中一個重要因素，其包括炸藥類型、荷載量、孔距、排距、裝藥結構以及起爆方式等內容，這些參數會直接改變爆破過程中產生的振動能量和特性。例如，炸藥的能量、裝藥密度和起爆方式等都會對爆破振動的強度和頻率產生顯著影響。其次，巖石特性對爆破振動的影響主要體現在傳播方面，巖石的物理和力學性質，如密度、彈性模量和泊松比等參數，會影響振動波在巖石中的傳播速度和衰減特性，并且巖石中的裂隙、節理等結構缺陷同樣會對振動傳播造成影響。此外，爆破區域的地形和地貌對爆破振動傳播的影響主要表現在振動能量的衰減和反射上，如山體、河流和斷層等地形特征，可能導致振動能量的分散和吸收，進而影響振動的傳播范圍和強度。而季節和氣象條件也會影響爆破振動的傳播，因為它們會改變地下水位、土壤濕度和氣溫等環境因素，例如，在高水位和高濕度條件下，振動波在土壤中的傳播速度和衰減程度可能會發生變化。同時，監測點與爆破區域之間的距離對振動大小也起到關鍵作用，振動強度通常隨著距離的增加而減小，因此離爆破區域較遠的監測點受到的振動影響可能較小，而且高頻振動在傳播過程中衰減較快，這也是一個需要關注的方面。最后，爆破振動傳播介質也會影響振動的傳播特性，不同的傳播介質，如巖石和土壤，具有不同的傳播速度和衰減特性。此外，傳播介質的類型、密度、濕度、結構和層狀特點都可能對振動傳播產生顯著影響[1]。

2 振動控制措施

2.1 優化爆破參數

為了減小爆破振動對周邊環境的影響，優化爆破參數顯得尤為重要。在不影響爆破效果的前提下，盡可能減小爆破振動是首要目標。因此，在選擇炸藥時應盡量選擇能量較低的炸藥類型，裝藥量也是影響爆破振動的重要因素，在保證爆破效果的同時，應盡量減小裝藥量，并采用合理的裝藥結構，使炸藥能量更加集中，例如采用分層裝藥、同心圓裝藥等方法。

此外，合理的爆破順序也可以減小爆破振動對周邊環境的影響，例如采用順向爆破、回旋爆破等方法，使爆破振動能量沿特定方向傳播，避免對周邊環境產生過大影響。調整爆破孔深度和孔距也可以有效地控制爆破振動，增加爆破孔深度可以使炸藥能量更加集中，從而降低振動影響，而適當增加孔距可以減小相鄰孔之間爆破的相互影響，降低振動強度。

在實際爆破中，需要根據爆破目標、巖石特性、周邊環境和安全等因素進行綜合考慮，制訂出最佳的爆破方案，并且需要注意合理使用爆破設備和儀器，確保爆破過程的控制和安全。綜合考慮這些因素，優化爆破參數可以有效地降低振動強度和頻率，減小對周邊環境的影響，從而達到最佳的爆破效果和振動控制效果。

2.2 精確測量和評估巖石特性

為了優化爆破方案，減小振動影響，需要精確測量和評估巖石的特性。其中，巖石密度是影響振動傳播速度的重要因素，而巖石的抗壓強度和抗拉強度會影響振動波在巖石中的衰減能力。此外，彈性模量和泊松比也是描述巖石應力-應變關系的兩個重要參數，對振動波在巖石中的傳播和衰減有著直接影響。

對于裂隙特性較明顯的巖石，其振動衰減能力較強，而缺乏裂隙的巖石則相反。因此，測量巖石裂隙特性可以更好地了解振動波在巖石中的傳播過程，從而為制訂合適的爆破方案提供依據。此外，地下水條件也會影響巖石的強度和振動傳播特性，地下水飽和的巖石通常具有較高的振動衰減能力，而干燥的巖石則相反。因此，了解地下水條件對于制訂合適的爆破方案同樣具有重要意義。

總之，通過精確測量和評估巖石的特性，可以預測振動在巖石中的傳播特性，為制訂合適的爆破方案提供依據，在實際爆破中，需要充分考慮巖石的特性、地下水條件和安全等因素，制訂出最佳的爆破方案，以達到減小振動影響、提高爆破效果的目的[2]。

2.3 選擇合適的爆破點和監測點位置

合理的爆破點和監測點位置有助于減小振動波在地面上傳播的距離和影響范圍，從而減小振動對周邊環境的影響。首先，在選擇爆破點時，應充分考慮地形地貌、巖石特性、爆破目標、周邊環境等因素，合適的爆破點應盡量遠離周邊敏感區域，以降低爆破振動對其的影響，同時，還應考慮到地形地貌對振動傳播的影響，盡量避免在地勢較低或地形復雜的區域進行爆破作業。其次，應根據振動傳播特性、受影響環境的具體位置以及監測目的進行監測點的選擇，合適的監測點位置有助于準確評估爆破振動對周邊環境的影響。因此，在選擇監測點時，應考慮距離、方向、地形地貌和環境類型等因素。

2.4 考慮季節和氣象條件

合理利用季節和氣象條件的變化可以有效減小爆破振動對周邊環境的影響。例如，在低溫條件下，巖石和土壤的彈性模量會增大，從而減小振動波在地面上傳播的速度和能量，因此，在溫度較低的季節進行爆破作業可能有助于減小振動影響。而高濕度條件下，土壤和巖石中的水分含量較高，有助于消耗振動波的能量，因此，在濕度較高的季節進行爆破作業可以減小振動對周邊環境的影響。除此之外，風向和風速對振動波在空氣中的傳播也會造成影響，在有利風向的條件下進行爆破作業，可以將振動波遠離敏感區域，降低振動對其的影響，適當的風速有助于振動波在空氣中的傳播和衰減。而降水天氣會導致地面濕度增加，有助于振動波能量的消耗，所以在降水天氣進行爆破作業可能有助于減小振動帶來的影響。需要注意的是，過多的降水可能導致地面變得不穩定，增加爆破作業的安全隱患，因此需要在降低振動影響與保證作業安全之間找到平衡。

2.5 采用分段起爆、延時起爆等技術

為了減小露天礦山爆破振動對周邊環境的影響，可以采用一些爆破技術來控制振動的時間和空間分布，以降低振動的強度和頻率。其中包括分段起爆、延時起爆、電子雷管起爆和預裂爆破技術等。

分段起爆技術將整個爆破區域分為若干個獨立的爆破段，然后按照一定的順序和時間間隔依次進行爆破，這樣可以減小單次爆破產生的振動強度，減小對周邊環境的影響。但需要考慮爆破段的數量、大小和爆破順序，以實現最佳的振動控制效果。延時起爆技術是指在相鄰爆破孔之間設置一定的起爆延遲時間，使爆破振動能量在時間上分散，降低單次爆破產生的振動強度，合理的延時起爆可以有效地減小爆破振動對周邊環境的影響，在選擇延時起爆參數時，應根據巖石特性、爆破目標、周邊環境等因素進行綜合考慮。電子雷管起爆技術具有較高的起爆精度和可控性，可以實現精確的延時和分段起爆，通過使用電子雷管起爆系統，可以有效地減小爆破振動對周邊環境的影響。預裂爆破技術是在主爆破之前進行的一種輔助爆破方法，通過在巖石中預先形成裂縫，降低爆破振動對周邊環境的影響，預裂爆破通常采用小藥量、密孔距、低排列荷量的爆破參數，以實現較小的振動影響。

這些技術的應用可以有效地減小爆破振動對周邊環境的影響，但需要在實際操作中充分考慮爆破目標、巖石特性、周邊環境和安全等因素，以達到最佳的爆破效果和振動控制效果。

2.6 積累爆破振動數據，優化爆破方案和技術

積累和分析爆破振動數據是提高爆破效果和減小振動對周邊環境影響的關鍵。通過對歷史爆破振動數據的收集、整理和分析，可以挖掘出爆破過程中的規律和特點，從而優化爆破方案和技術。

首先，在每次爆破作業過程中，要對爆破參數、巖石特性、地形地貌、氣象條件等因素進行詳細記錄，同時，要在關鍵監測點布設振動監測儀器，實時收集爆破振動數據[3]。其次，將收集到的爆破振動數據進行整理和歸類，包括數據清洗、異常值處理、單位轉換等操作，還要對各個監測點的振動數據進行分析和比較，找出振動強度與各影響因素之間的關系。接著，利用統計學和數據挖掘方法，對收集到的爆破振動數據進行深入分析，分析內容包括振動強度的分布特征、爆破參數與振動強度的相關性、振動衰減規律等方面。最后，根據數據分析結果，對爆破方案和技術進行優化調整，包括調整爆破參數、采用分段起爆、延時起爆等技術、改變監測點布局等，優化后的爆破方案應在實際作業中進行驗證，并根據驗證結果進行進一步調整。

3 結語

通過對露天礦山爆破振動的多種影響因素進行系統研究分析，所得結果可以為礦山企業提供針對性的振動控制建議。然而，由于地理環境、礦山條件和爆破技術等方面的差異，具體控制措施需根據實際情況進行調整。