紫金山金銅礦豎井掘進(jìn)爆破震動(dòng)測(cè)試與分析

張志飛

（江西理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西 贛州 341000）

紫金山金銅礦豎井掘進(jìn)爆破震動(dòng)測(cè)試與分析

張志飛

（江西理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西 贛州 341000）

為探測(cè)豎井掘進(jìn)爆破對(duì)鄰近建筑物穩(wěn)定性可能造成的影響，采用NUBOX-6016爆破振動(dòng)智能監(jiān)測(cè)儀對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行爆破震動(dòng)測(cè)試并分析實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，獲得了爆破震動(dòng)衰減規(guī)律公式，同時(shí)確定了允許的最大振速和最大段裝藥量，為方案的實(shí)施提供科學(xué)依據(jù).

豎井掘進(jìn)；爆破震動(dòng)；振動(dòng)速度；最大段藥量

0 引 言

礦山的生產(chǎn)爆破作業(yè)不僅會(huì)引起地下礦山巷道、采場(chǎng)的破壞，也會(huì)對(duì)地表礦區(qū)邊坡和建筑物的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響.頻繁的爆破容易引起巖體的疲勞而導(dǎo)致巖體的載荷強(qiáng)度降低，而且爆破還會(huì)對(duì)巖體直接造成破壞，因此，生產(chǎn)爆破是影響巖體穩(wěn)定的一項(xiàng)重要的因素.紫金山金銅礦一天門(mén)活動(dòng)中心626-518排洪豎井掘進(jìn)工程由溫州井巷工程有限公司施工，該排洪豎井工程施工斷面直徑為3.6 m，支護(hù)厚度為30 cm，成孔直徑為3.0 m.由于626-518排洪豎井與一天門(mén)活動(dòng)中心大樓較近，距離為10 m左右，其平面布置圖如圖1所示，在掘進(jìn)爆破過(guò)程中產(chǎn)生的爆破震動(dòng)對(duì)周圍建筑物影響較大，為確保一天門(mén)建筑物的穩(wěn)定安全.紫金山金銅礦露天采礦廠委托紫金礦冶設(shè)計(jì)研究院采礦工程研究所對(duì)一天門(mén)建筑物進(jìn)行了爆破震動(dòng)測(cè)試，以探測(cè)爆破震動(dòng)的強(qiáng)度及影響范圍，掌握爆破震動(dòng)規(guī)律，為礦山的安全生產(chǎn)與現(xiàn)場(chǎng)施工提供科學(xué)理論依據(jù)，同時(shí)，對(duì)類似礦山的生產(chǎn)爆破作業(yè)有重要的指導(dǎo)和借鑒作用[1].

1 爆破震動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)與測(cè)試方法

1.1 測(cè)試系統(tǒng)

為了使測(cè)試結(jié)果能夠真實(shí)反映實(shí)際情況，必須合理地選擇測(cè)試系統(tǒng).測(cè)試系統(tǒng)的選擇應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件和爆破參數(shù)，預(yù)測(cè)被測(cè)信號(hào)的幅值、頻率范圍，一般而言，測(cè)試系統(tǒng)的最大幅值應(yīng)高于被測(cè)信號(hào)最大預(yù)測(cè)值的20%，最大頻率應(yīng)大于10倍以上被測(cè)信號(hào)最大預(yù)估頻率.通過(guò)調(diào)查比較各爆破震動(dòng)測(cè)振儀，最終選取由四川拓普測(cè)控科技有限公司生產(chǎn)的NUBOX-6016型爆破震動(dòng)智能監(jiān)測(cè)儀及配套的TP3V-4.5型傳感器和BM View爆破震動(dòng)專用分析軟件與便攜式筆記本電腦組成的現(xiàn)場(chǎng)爆破震動(dòng)測(cè)試系統(tǒng).通過(guò)NUBOX-6016型監(jiān)測(cè)儀對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行常規(guī)的震動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)采集工作，進(jìn)而得到爆破震動(dòng)數(shù)據(jù)，然后通過(guò)設(shè)備上的LAN、RS232接口和計(jì)算機(jī)通信、傳送數(shù)據(jù)，并通過(guò)配套的BM View爆破震動(dòng)專用分析軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制、參數(shù)設(shè)置、波形顯示、數(shù)據(jù)讀取等功能，以及在此基礎(chǔ)上根據(jù)薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行爆破震動(dòng)的專業(yè)分析、統(tǒng)計(jì)、管理.該測(cè)試系統(tǒng)如圖2所示[2].

1.2 測(cè)試方法

1.2.1 測(cè)點(diǎn)布置與埋設(shè)

為觀測(cè)到不同的爆破振速值,在離爆心位置由近至遠(yuǎn)均布置了測(cè)點(diǎn).每次測(cè)試布置3～4個(gè)點(diǎn)，在3次測(cè)試中共布置了10個(gè)測(cè)試點(diǎn)，分別是：在建筑物外布置4個(gè)點(diǎn)和建筑物內(nèi)布置6個(gè)點(diǎn).測(cè)點(diǎn)埋設(shè)時(shí)應(yīng)注意不受周邊機(jī)械設(shè)備的影響，用生石膏將傳感器固定于較穩(wěn)固平坦的地表.由于該測(cè)試適用的傳感器為T(mén)P3V-4.5型，既可以同時(shí)測(cè)出震動(dòng)在豎向、切向和徑向3個(gè)方向的振動(dòng)速度，因此在埋設(shè)傳感器時(shí)應(yīng)保證儀器上x(chóng)軸沿爆源向測(cè)點(diǎn)方向的徑向方向、y軸垂直于徑向的切向方向和z軸垂直于xy平面的水準(zhǔn)氣泡居中.

1.2.2 選定測(cè)量參數(shù)

影響爆破震動(dòng)破壞判據(jù)的因素是多方面的，迄今為止沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn).根據(jù)大量的試驗(yàn)觀測(cè)表明，爆破震動(dòng)破壞程度與振動(dòng)速度的大小有比較密切的關(guān)系，也就是說(shuō)爆破震動(dòng)強(qiáng)度越大，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度越大，當(dāng)振速超過(guò)某一值時(shí)，建筑物穩(wěn)定性就受到破壞，所以在實(shí)際工作中，大多采用質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度作為判斷依據(jù).因此，本次測(cè)試也采用振速作為爆破震動(dòng)破壞的判斷依據(jù).

2 測(cè)試結(jié)果與分析

通過(guò)對(duì)紫金山金銅礦一天門(mén)活動(dòng)中心626-518排洪豎井掘進(jìn)爆破的3次爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)后，共獲得10組觀測(cè)數(shù)據(jù)，各測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1.

表1 測(cè)試結(jié)果記錄

2.1 爆破震動(dòng)衰減規(guī)律

由于爆破震動(dòng)衰減規(guī)律主要通過(guò)介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度峰值、最大段裝藥量和爆源與測(cè)點(diǎn)距離的變化關(guān)系來(lái)體現(xiàn).比如振動(dòng)速度會(huì)隨炸藥量的增加而增大，隨爆源與測(cè)點(diǎn)距離的增加而減小.這一規(guī)律可以用薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式表示：.其中： υ 為質(zhì)點(diǎn)振速，/（cm·s-1）； Q 為最大段藥量，/kg；R為爆心到測(cè)點(diǎn)的距離，/m；k為與介質(zhì)性質(zhì)、爆破方式有關(guān)的系數(shù)；α為與傳播途徑和地質(zhì)地形等因素有關(guān)的衰減指數(shù)；ρ為比例藥量，

根據(jù)此次各測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)振動(dòng)數(shù)據(jù) (見(jiàn)表1)，對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后,去掉幾個(gè)離散性較大的數(shù)據(jù)，再進(jìn)行線性回歸分析 （如圖3）,得k、α的回歸值為147.670和2.199，系數(shù)R=0.955.所以,對(duì)于紫金山金銅礦豎井掘進(jìn)爆破引起的爆破震動(dòng)衰減規(guī)律為:

圖3 lnp與lnv關(guān)系圖

2.2 頻譜分析

作為爆破震動(dòng)破壞的另一重要判據(jù)-主頻率.大量爆破震動(dòng)測(cè)試試驗(yàn)研究表明,建筑物的受震破壞并不唯一取決于振動(dòng)速度,還與震動(dòng)頻率有關(guān).主頻率是指最大振幅所對(duì)應(yīng)的頻率,它隨藥量、起爆方法及地質(zhì)情況的變化而不同，而且當(dāng)震動(dòng)的頻率與結(jié)構(gòu)的固有頻率相同時(shí)容易發(fā)生共振,對(duì)結(jié)構(gòu)危害最大.通過(guò)頻譜分析對(duì)藥量的確定、爆破方式的選擇及其他參量的計(jì)算提供參考.從表1可以看到,紫金山金銅礦豎井掘進(jìn)爆破振動(dòng)頻率基本位于50～120 Hz之間,屬于高頻波.而建筑物的自振頻率一般情況下都小于10 Hz,所以爆破引起的高頻振動(dòng)不會(huì)引起建筑物的共振,也就不會(huì)對(duì)建筑物造成危害[3-8].

3 爆破震動(dòng)參數(shù)的確定

3.1 允許的最大振動(dòng)速度

根據(jù)國(guó)家《爆破安全規(guī)程》規(guī)定：一般建筑物和構(gòu)筑物的爆破震動(dòng)安全性應(yīng)滿足安全振動(dòng)速度要求.主要類型的建筑物地面質(zhì)點(diǎn)的安全振速規(guī)定見(jiàn)表2.

表2 爆破震動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)

通過(guò)對(duì)建筑物資料調(diào)查表明，該處建筑物屬一般磚房、非抗震的大型砌塊建筑物，同時(shí)考慮到建筑物使用年限及其他質(zhì)量方面的原因，為確保安全，取最大允許振速υ=2 cm/s[9-12].

3.2 允許的最大段裝藥量

根據(jù)薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式及上述確定的最大振速可計(jì)算最大段允許裝藥量:

當(dāng)υ=2 cm/s時(shí)，最大段裝藥量Qmax=6.3 kg.

4 結(jié) 論

（1）實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，爆破震動(dòng)中介質(zhì)在豎向的振速要比徑向和切向的振速更大.

（2）隨著豎井的向下掘進(jìn)，深度不斷增加，在其他爆破條件相同的情況下，各測(cè)點(diǎn)的振速下降，對(duì)建筑物的影響越小.

（3）根據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)資料及《爆破安全規(guī)程》的規(guī)定，確定了最大振速為2 cm/s.

（4）由計(jì)算所得的爆破震動(dòng)衰減規(guī)律可知：通過(guò)公式可求得爆破允許的最大段裝藥量.

[1]李瑞祥.紫金山金銅礦一天門(mén)活動(dòng)中心626-518排洪豎井掘進(jìn)爆破震動(dòng)對(duì)建筑物的影響測(cè)試報(bào)告[R].上杭：紫金礦冶設(shè)計(jì)研究院，2011.

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Testing and analysis of shaft excavation vibration blasting in Zijingshan gold and copper mine

ZHANG Zhi-fei

（School of Resources and Environmental Engineering,Jiangxi University of Science and Technology,Ganzhou 341000,China）

This paper studies the blasting vibration attenuation formula by analyzing the measured data from NUBOX-6016 intelligent blast vibration monitor.The maximum vibration speed and maximum dose segment are determined.

shaft excavation;blasting vibration;vibration speed;maximum dose segment

TD235.4

A

1674-9669（2012）01-0078-03

2011-11-12

福建紫金礦業(yè)集團(tuán)公司科技項(xiàng)目（ZJKY2011（B）YB19（Y））

張志飛（1986- ），男，碩士研究生，主要從事采礦工程技術(shù)方面的研究，E-mail：zztf20091016@126.com.