基于修正的薩氏公式對廣東大旺塘礦山爆破震動的安全性評估

陳建敏，鄭 蕾

1.中科院廣州地球化學(xué)研究所，廣東 廣州 510640；2.中山大學(xué)地球科學(xué)系，廣東 廣州 510000

基于修正的薩氏公式對廣東大旺塘礦山爆破震動的安全性評估

陳建敏1，鄭 蕾2

1.中科院廣州地球化學(xué)研究所，廣東 廣州 510640；2.中山大學(xué)地球科學(xué)系，廣東 廣州 510000

本文以廣東大旺塘礦山為例，采用修正的薩氏公式對礦山開采爆破產(chǎn)生的震動進(jìn)行了安全性評估.對系統(tǒng)測定的爆破震動數(shù)據(jù)，分垂直速度和水平速度兩種情況進(jìn)行二元線性回歸.對薩氏公式作了修正，建立了大旺塘礦區(qū)的經(jīng)驗公式，并提出了安全生產(chǎn)的建議.

爆破震動；安全性評估；薩氏公式；礦山

在礦山巖石爆破中，由爆破引起的震動常常會造成爆源附近的地面以及地面上的物體產(chǎn)生顛簸和搖晃.當(dāng)爆破震動達(dá)到一定強(qiáng)度時，可能會造成爆區(qū)周圍建(構(gòu))筑物的破壞、露天礦邊坡滑落以及地下隧道的片幫和冒頂.因此，對礦山爆破震動危害的評估一直是重要的研究課題.本文以廣東大旺塘礦山為例，采用薩氏修正公式法對礦山開采爆破的震動進(jìn)行安全性評估.

1 現(xiàn)場爆破震動監(jiān)測

1.1 爆破震動監(jiān)測系統(tǒng)

目前，測震儀器已由光線示波器和磁帶記錄儀發(fā)展為電子測試與計算機(jī)綜合分析系統(tǒng)，如DSVM系列測振儀、YBJ系列爆破震動自記儀、BlastMate系列震動監(jiān)測儀等系統(tǒng).由于這些儀器具有操作簡單、測震精確、綜合分析功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而在爆破測震中得到廣泛應(yīng)用.

爆破震動監(jiān)測系統(tǒng)主要由傳感器、中間交換器（信號放大器）及記錄裝置三個部分組成.

1.2 爆破震動監(jiān)測數(shù)據(jù)

本次震動監(jiān)測，分別在現(xiàn)場進(jìn)行了五次爆破地震監(jiān)測.為排除各段地震波可能產(chǎn)生的相互干擾，以首響藥包作為爆破監(jiān)測爆源點(diǎn).

測點(diǎn)的布置主要根據(jù)測試要求和《爆破安全規(guī)程》中有關(guān)的規(guī)定，監(jiān)測爆破地震波的測點(diǎn)應(yīng)選在地面需要保護(hù)的建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)的地面上的位置.

爆破震動記錄儀量程有20 V、2 V和400 mV三檔，每次測試前根據(jù)測點(diǎn)位置和爆心段藥量預(yù)估的震速范圍，盡量準(zhǔn)確設(shè)置記錄儀的量程，以獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)和最佳震速波形圖.

2 監(jiān)測結(jié)果與分析

2.1 監(jiān)測結(jié)果

在礦區(qū)進(jìn)行了5次現(xiàn)場爆破震動監(jiān)測，對監(jiān)測到的垂直方向和水平方向的震速數(shù)據(jù)分別進(jìn)行了采集統(tǒng)計記錄，并據(jù)此進(jìn)行系統(tǒng)分析.

根據(jù)大旺塘露天采場的特點(diǎn)，爆破震動監(jiān)測點(diǎn)分別在爆區(qū)采場內(nèi)、爆區(qū)周邊村莊、龍山景區(qū)溶洞等位置按照要求布置了8～10個測點(diǎn)，其中采場內(nèi)3～4個測點(diǎn)，溶洞內(nèi)1個測點(diǎn)，其余測點(diǎn)設(shè)在居民區(qū).

2.2 數(shù)據(jù)分析原理

由于測點(diǎn)與爆心之間的相對高差較大，宜采用薩氏修正公式計算爆破地震速度[1]:

式（1）中:v—爆破震動速度，cm/s；k—與地質(zhì)條件、爆破方法有關(guān)的系數(shù)；α—地震波衰減系數(shù)；β—高程影響系數(shù)；Q—段藥量，kg；R—測點(diǎn)與爆心之間的斜距，m；H—測點(diǎn)與爆心之間的高差，m.

為了便于對式（1）進(jìn)行回歸分析，對式（1）兩邊取對數(shù)，則有:

在回歸過程中，令:

按所編寫的程序在MATLAB 8.0中進(jìn)行多元線性回歸，確定了k，α，β的值后，式（1）即可確定.

2.3 數(shù)據(jù)處理結(jié)果

2.3.1 垂直震動速度數(shù)據(jù)回歸及分析

回歸分析結(jié)果為:k=127.0957，α=1.8476，β=0.2202，相關(guān)系數(shù)S=0.8758.因此，對于本次爆破震動監(jiān)測的垂直速度的爆破震動傳播規(guī)律的薩氏公式可以表示為:

2.3.2 水平震動速度數(shù)據(jù)回歸及分析

回歸分析結(jié)果為:k=64.0683，α=1.6474，β=0.1656，相關(guān)系數(shù)S=0.8925.因此，對于本次爆破震動監(jiān)測的水平速度的爆破震動傳播規(guī)律的薩氏公式可以表示為:

式（4）和式（5）分別是從38組和32組樣本中回歸得到的，樣本數(shù)量充足，所得到的回歸公式的相關(guān)系數(shù)分別大于0.8758和0.8925，這充分說明本監(jiān)測方法的可行性，以及在5次監(jiān)測中所獲取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性.

對比式（4）和式（5）可以看出，在相同的段藥量Q和爆心測點(diǎn)距R的情況下，隨高差的增大（測點(diǎn)低于爆心時），某測點(diǎn)的垂直震動速度呈衰減趨勢，水平震動速度呈增大趨勢.因此，考慮到保護(hù)的對象（房屋）距爆源有一定的距離，宜以式（5）作為控制爆破震動的依據(jù).

2.4 安全性評估結(jié)果

當(dāng)Q=365 kg，H分別為150，100，50和5 m時，根據(jù)修正的薩氏公式（4）和（5），分別計算出距離礦山邊界100 m，200 m和300 m處地面質(zhì)點(diǎn)震動的垂直和水平峰值速度v⊥max和v-max，計算結(jié)果列于表1.

表1 地面各測點(diǎn)的震動速度峰值Table 1 Vibration peak velocity measured at different points on the ground

由表1可見，隨著礦山生產(chǎn)的不斷進(jìn)行，開采平臺高程降低，因開采爆破而在周邊產(chǎn)生的地面震動速度會升高.

3 結(jié) 論

（1）對薩氏公式進(jìn)行了修正，建立了大旺塘礦區(qū)爆破震動傳播規(guī)律的經(jīng)驗公式:

建議采用水平震動速度公式預(yù)測礦山周邊村落房屋的地面震動速度.

（2）由修正的薩氏公式（5）計算可知，在爆破中，當(dāng)段藥量小于400 kg時，在800 m范圍內(nèi)，高差在150 m以下時，房屋和溶洞均是安全的，這樣的爆破震動速度不會造成房屋的結(jié)構(gòu)性損傷，也不會造成溶洞頂板和邊幫產(chǎn)生塌落或破壞.

（3）隨著礦山開采平臺高度的降低，開采爆破在周邊產(chǎn)生的震動速度會升高.根據(jù)采場周邊民房的類型和所測定的地震波主頻范圍（4.1504～28.5645 Hz）及景區(qū)溶洞的地質(zhì)特征，參照《爆破安全規(guī)程（GB6722-2003）》的相關(guān)規(guī)定，建議民房建筑物安全允許震速為1.0～1.5 cm/s，龍山景區(qū)溶洞安全允許震速為5～7 cm/s.

[1]史秀志.爆破振動信號時頻分析與爆破振動特征參量和危害預(yù)測研究[D].長沙:中南大學(xué),2007.

Safety assessment of the Guangdong Dawangtong Mine blasting vibration based on the modified Sa's formula

CHENG Jianmin1，ZHENG Lei2
1.Guangzhou Institute of Geochemistry,CAS,Guangzhou510640,China；2.Departemen of Earth Sciences Sun Yat-sen University,Guangzhou510000,China

Taking Dawangtang stope for example,the safety assessment of mine blasting vibration using the modified Sa’s formula was evaluated.The binary linear regression method in both vertical and horizontal speeds was used to analyze the data measured from blasting vibration.The Sa’s formula was modified and an empirical formula of Dawangtang stope was established.Also a suggestion of safety was proposed.

blasting vibration;safety assessment；the Sachs formula；mine

TB532

A

1673-9981(2012)03-0204-03

2012-05-14.

陳建敏（1973-），男，廣東梅州人，博士.