露天礦山爆破振動(dòng)測(cè)試及分析

喬建軍

(中國(guó)非金屬材料南京礦山工程有限公司，江蘇 南京 210016)

1 引言

目前，我國(guó)大型露天礦生產(chǎn)多采用中深孔爆破形式，單孔裝藥量較大，單次起爆藥量大，會(huì)產(chǎn)生較大的爆破地震效應(yīng)。當(dāng)爆破地震波遇到地下或地面的建筑物和構(gòu)筑物時(shí)，將與其發(fā)生相互作用，直接威脅到爆區(qū)周?chē)ㄖ锖蜆?gòu)筑物的安全［1-2］。因此，控制由爆破地震波對(duì)周?chē)h(huán)境與設(shè)施帶來(lái)的安全性問(wèn)題顯得尤為重要，其前提必須掌握爆破地震現(xiàn)象的基本規(guī)律。針對(duì)淮南地區(qū)兩個(gè)采石場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)爆破及礦區(qū)地質(zhì)情況，對(duì)爆破振動(dòng)進(jìn)行分析研究。

2 工程概況

淮南謝家集區(qū)采石場(chǎng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為A 采石場(chǎng))和大通滿漢采石場(chǎng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為B 采石場(chǎng))位于淮南地區(qū)，為露天開(kāi)采形式，巖石節(jié)理、層理比較發(fā)育，且上部有風(fēng)化。兩采石場(chǎng)采用垂直中深孔爆破方式，爆破參數(shù)如表1 所示。爆破采用粉狀銨油炸藥，導(dǎo)爆管雷管、排間微差起爆方式。

表1 兩采石場(chǎng)生產(chǎn)爆破參數(shù)匯總表

3 爆破振動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

3.1 測(cè)點(diǎn)布置

爆破時(shí)炸藥的部分能量轉(zhuǎn)換為地震波，從爆源以波的形式向外傳播，經(jīng)過(guò)介質(zhì)而達(dá)到地表，引起地表的震動(dòng)，這種震動(dòng)隨著爆心距的增加而減弱［3-4］。測(cè)點(diǎn)至爆源的距離從60～180m，各測(cè)點(diǎn)間距為20m左右。由于A 采石場(chǎng)測(cè)試平臺(tái)范圍較小，測(cè)試距離不足，因此實(shí)際布置時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形條件做適當(dāng)調(diào)整，測(cè)點(diǎn)布置如圖1 所示。爆破振動(dòng)儀每條測(cè)線布置3～5 個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)均需對(duì)垂直、徑向和切向三個(gè)方向的爆破振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量。

圖1 采石場(chǎng)A(左)和采石場(chǎng)B(右)爆破振動(dòng)測(cè)點(diǎn)布置示意圖

3.2 現(xiàn)場(chǎng)爆破效果

A 采石場(chǎng):爆破為加強(qiáng)松動(dòng)爆破，爆破現(xiàn)場(chǎng)震感明顯，爆后巖石前沖，爆堆呈坡?tīng)钕蛳卵由?，塊度較均勻。由于巖石風(fēng)化，后拉裂隙較多，邊坡不穩(wěn)定。

B 采石場(chǎng):爆破為拋擲爆破，爆后巖石前沖，塊度適中，巖體有裂隙，現(xiàn)場(chǎng)震感強(qiáng)烈。

3.3 爆破測(cè)試數(shù)據(jù)

爆破中利用爆破測(cè)振儀進(jìn)行爆破振動(dòng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)結(jié)果如表2 所示。

由表2 數(shù)據(jù)可看出，振動(dòng)測(cè)試結(jié)果在垂直方向的規(guī)律性較好;徑向和切向呈先增后減的趨勢(shì)，且異常數(shù)據(jù)和消波現(xiàn)象較多，其中特別集中于A-2、B-3 和B -4 三個(gè)測(cè)點(diǎn)。異常數(shù)據(jù)和消波現(xiàn)象較多的原因主要有以下幾方面:(1)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)情況比較復(fù)雜，存在小土丘、小溝壑，對(duì)測(cè)點(diǎn)的布置、地震波的傳播以及測(cè)試的準(zhǔn)確性都有一定的影響;(2)現(xiàn)場(chǎng)泥土、草木和石子相互交錯(cuò)，難以清理，或清理不完全，傳感器不能與巖體直接接觸，對(duì)測(cè)試的準(zhǔn)確性造成極大影響;(3)石膏未將傳感器與巖體很好的粘結(jié)，測(cè)試準(zhǔn)確性降低，使個(gè)別點(diǎn)出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，或無(wú)數(shù)據(jù);(4)UBX20016爆破振動(dòng)儀的參數(shù)設(shè)置不合理，使個(gè)別點(diǎn)出現(xiàn)消波現(xiàn)象。

4 爆破振動(dòng)分析研究

4.1 爆破振動(dòng)速度分析

爆破振動(dòng)強(qiáng)度(位移、速度和加速度)的最大值，隨著爆心距和炸藥量的變化而變化，國(guó)內(nèi)外有眾多預(yù)測(cè)振動(dòng)強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)公式，參照《爆破安全規(guī)程實(shí)施手冊(cè)》，采用薩道夫斯基爆破振動(dòng)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算最大振速［5-6］:

(1)式中:V 為測(cè)點(diǎn)最大質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度(cm/s);K、a 分別為衰減系數(shù)和衰減指數(shù);Q 為炸藥量(kg)，齊發(fā)爆破取總藥量，微差爆破為最大一段藥量;R 為測(cè)點(diǎn)至爆區(qū)的距離(m)。

其中、K、a 值的確定與爆破點(diǎn)至測(cè)點(diǎn)間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)，一般根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)測(cè)得的振動(dòng)速度數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸計(jì)算得出［7］。

對(duì)于每一組樣本數(shù)據(jù)，V、Q、R 都是確定的，可按照同一次爆破試驗(yàn)中各測(cè)點(diǎn)所測(cè)數(shù)據(jù)作為1 個(gè)樣本組進(jìn)行回歸計(jì)算。分別按照表2 中兩采石場(chǎng)的數(shù)據(jù)(失真數(shù)據(jù)除外)，用Origin 工程繪圖軟件對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)振動(dòng)速度的衰減系數(shù)K 和衰減指數(shù)a 進(jìn)行回歸計(jì)算［8］，如圖2 所示。

圖2 爆破振動(dòng)參數(shù)線性回歸計(jì)算

經(jīng)回歸計(jì)算，可得到采石場(chǎng)A 和采石場(chǎng)B 巖體振動(dòng)速度的衰減系數(shù)和衰減指數(shù)，其值列于表3 中。

表3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)爆破地震波的衰減參數(shù)

因此，采石場(chǎng)A 和B 的工程地質(zhì)條件下爆破振動(dòng)垂直速度衰減規(guī)律的回歸公式為:

4.2 爆破振動(dòng)頻率分析

依據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB6722 -2003)可知，地震波頻率高，爆破振動(dòng)允許安全速度限值亦高，即爆破振動(dòng)對(duì)建筑物的潛在危害就越小［9-10］。從表2的數(shù)據(jù)分析可知，采石場(chǎng)爆破引起的振動(dòng)頻率分布在20～50Hz 范圍內(nèi)，大于一般建筑物結(jié)構(gòu)自振頻率(1～10Hz)，不會(huì)出現(xiàn)共振現(xiàn)象。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)淮南地區(qū)兩采石場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)爆破振動(dòng)的測(cè)試，對(duì)爆破振動(dòng)速度及頻率進(jìn)行分析研究，主要得到以下幾個(gè)結(jié)論:

(1)爆破地震波的衰減參數(shù)分別為:A 采石場(chǎng):衰減系數(shù)=132.60;衰減指數(shù)=1.7430;B 采石場(chǎng):衰減系數(shù)=179.79;衰減指數(shù)=1.3921。

(2)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果和回歸分析表明，利用薩道夫斯基公式回歸地震波振動(dòng)衰減規(guī)律是可靠的。根據(jù)測(cè)試結(jié)果回歸得出的爆破振動(dòng)衰減規(guī)律，可以為工程爆破的爆破地震波強(qiáng)度預(yù)測(cè)和施工設(shè)計(jì)提供參考。

(3)振動(dòng)頻率分析表明，采石場(chǎng)巖石爆破引起的振動(dòng)頻率分布在20～50Hz 范圍內(nèi)，高于建筑物自振頻率(1～10Hz)，不會(huì)出現(xiàn)共振現(xiàn)象。

［1］陳星明，肖正學(xué)，譚誠(chéng)，等.小型露天采石場(chǎng)中深孔爆破方案優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.爆破，2012，29(1):45 -47.

［2］潘東.露天礦山中深孔爆破邊坡穩(wěn)定性影響研究［J］.山西建筑，2012，38(20):72 -74.

［3］王四海，陳春紅.對(duì)爆破振動(dòng)速度影響因素的探討［J］.科學(xué)之友，2011(11):128 -129.

［4］趙婉婷，盧文波，楊建華，等.深孔臺(tái)階爆破振動(dòng)模擬中的等效荷載施加邊界比較［J］.爆破，2012，29(2):10 -14+144.

［5］苗高建，周傳波，張志華，等.三峽庫(kù)區(qū)望霞危巖體削方爆破振動(dòng)測(cè)試分析［J］.爆破，2012，29(3):131 -134.

［6］宗琦，汪海波，周勝兵.爆破地震效應(yīng)的監(jiān)測(cè)和控制技術(shù)研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2008，27(5):938 -944.

［7］柯新華.露天礦高邊坡爆破振動(dòng)效應(yīng)研究［J］.銅業(yè)工程，2011，111(5):19 -20+47.

［8］王秀峰，江紅濤，程冰，等.數(shù)據(jù)分析與科學(xué)繪圖軟件ORIGIN詳解［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008.2.

［9］孟海利，郭峰.爆破地震波主頻率的試驗(yàn)研究［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2009，134(11):81 -83+93.

［10］王永青，王建宙，汪旭光.露天礦臺(tái)階爆破振動(dòng)頻率對(duì)臨近建筑物的影響［J］.有色金屬(礦山部分)，2002，54(5):39-41.