降震爆破技術(shù)在河鋼某鐵礦的應(yīng)用

龔志松 程曉博

(河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司田興鐵礦)

降震爆破技術(shù)在河鋼某鐵礦的應(yīng)用

龔志松 程曉博

(河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司田興鐵礦)

為了降低河鋼某鐵礦爆破引起的震動(dòng)對(duì)周邊村莊的影響，通過對(duì)爆破震動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析造成爆破震動(dòng)過大的原因。在此基礎(chǔ)上對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，不僅降低了爆破引起的震動(dòng)，而且使得巷道成形更加美觀，降低了爆破材料消耗，加快了施工進(jìn)度，取得了良好的綜合效益。

降震爆破 裝藥結(jié)構(gòu) 爆破參數(shù)

河鋼某鐵礦設(shè)計(jì)產(chǎn)量為2 000萬t/a，是一座在建的特大型地下金屬礦山。由于礦山坐落于人口和村莊密集地區(qū)，爆破震動(dòng)引發(fā)了一系列問題，對(duì)施工造成了一定的影響。且該礦所處位置巖石裂隙發(fā)育，井下出水量大，對(duì)施工也產(chǎn)生了不利影響。因此，有必要采取措施降低爆破震動(dòng)所帶來的影響。

1 降震爆破技術(shù)

1.1 爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)

1.1.1 監(jiān)測(cè)設(shè)備

爆破震動(dòng)是由爆源釋放出的地震波引起的地表附近介質(zhì)點(diǎn)的震動(dòng)，用來表示質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)的有位移、速度、加速度和頻率等參量[1-3]。根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB 6722—2003)，地面質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度可以作為確定建筑物安全判據(jù)的物理量。為了準(zhǔn)確掌握地表爆破震動(dòng)情況，采用TC-4850 型爆破測(cè)振儀對(duì)爆破震動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。該儀器主體由1臺(tái)采集設(shè)備以及三矢量速度傳感器組成，測(cè)試系統(tǒng)由傳感器、爆破測(cè)振儀和計(jì)算機(jī)組成。該儀器采用高速微控制器將速度傳感器輸出的電壓量進(jìn)行處理，在此基礎(chǔ)上由儀器內(nèi)高速16位A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)該電壓量進(jìn)行量化(量化精度為1/65 536)并將量化結(jié)果保存至存儲(chǔ)器內(nèi)。通過該儀器與計(jì)算機(jī)連接可將數(shù)據(jù)結(jié)果存入計(jì)算機(jī)并利用配套的Blasting vibration analysis 軟件進(jìn)行分析處理。

1.1.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果

爆區(qū)參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。爆破震速觀測(cè)值統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

1.2 爆破地震波能量分析

小波包分析能夠?qū)⑿盘?hào)分解成高頻和低頻2部分，在下一層分解中，繼續(xù)將低頻部分分解成高頻和低頻2部分，低頻部分丟失的信息由高頻捕獲，同時(shí)也對(duì)每層的高頻部分實(shí)施分解，以此完成信號(hào)的深層次分解且不丟失頻帶信息。爆破震動(dòng)信號(hào)是一種持續(xù)時(shí)間短、突變快的非平穩(wěn)信號(hào)。由于不同的小波基函數(shù)具有不同的時(shí)頻特性，對(duì)同一信號(hào)經(jīng)過不同的小波基函數(shù)分析往往會(huì)得到不同的結(jié)果。因此，對(duì)爆破震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行小波包分析時(shí)，需要選取最優(yōu)的小波基函數(shù)。Daubechies函數(shù)具有良好的光滑性、緊支撐性和近似對(duì)稱性，而且已經(jīng)成功應(yīng)用于爆破地震波的分析研究中，該函數(shù)系列包括db1，db2，db3，…，db10等不同序列，目前用于爆破震動(dòng)信號(hào)分析的多為db5和db8，所以選取db8作為此次爆破震動(dòng)信號(hào)分析的小波基函數(shù)。

表1 爆區(qū)參數(shù)

震動(dòng)信號(hào)分解的層數(shù)依據(jù)爆破測(cè)振儀設(shè)定的采集頻率確定。此次測(cè)震采集頻率為5 000 Hz，則其奈奎斯特頻率為2 500 Hz，由于大多數(shù)情況下爆破地震頻率小于200 Hz，因而可將信號(hào)分解至第10層，對(duì)應(yīng)的最低頻帶頻率為0～9.766 Hz。應(yīng)用中，將信號(hào)分解至第8層，調(diào)用MATLAB軟件中的WENERGY函數(shù)分析各頻帶能量，結(jié)果見圖1、圖2。

表2 爆破震速觀測(cè)值

圖1 垂直震速為1.047 cm/s時(shí)震動(dòng)能量分布

在采集的爆破震動(dòng)數(shù)據(jù)中選取垂直震動(dòng)強(qiáng)度最大的3次作為小波包能量分析數(shù)據(jù)。通過對(duì)該類數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，不斷優(yōu)化爆破參數(shù)，從而最終確定了合適的爆破參數(shù)。

圖2 垂直震速為0.713 cm/s時(shí)震動(dòng)能量分布

1.3 裝藥、起爆與爆破參數(shù)

1.3.1 裝藥結(jié)構(gòu)

掏槽孔、輔助孔采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)如圖3所示，周邊孔采用不耦合分段裝藥結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖3 掏槽孔、輔助孔裝藥結(jié)構(gòu)

圖4 周邊孔裝藥結(jié)構(gòu)

1.3.2 起爆方式和起爆網(wǎng)絡(luò)

孔內(nèi)采用延時(shí)導(dǎo)爆管雷管，采用塑料導(dǎo)爆管傳爆及2#巖石炸藥，起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)成并聯(lián)網(wǎng)路，掏槽孔先引爆，輔助孔其次，隨后是頂孔、周邊孔，底孔最后引爆，如圖5所示。

1.3.3 爆破參數(shù)

經(jīng)過多次試驗(yàn)，選定的爆破參數(shù)如表3所示。

由表3可知，巷道掘進(jìn)爆破震動(dòng)信號(hào)的能量主要集中于20～70 Hz頻段，爆破震動(dòng)信號(hào)的能量集中于較高頻段，而建筑物的固有頻率約5 Hz，因此調(diào)整后的巷道掘進(jìn)爆破地震效應(yīng)不會(huì)對(duì)周圍的建(構(gòu))筑物造成共振破壞。

圖5 起爆網(wǎng)絡(luò)

表3 爆破參數(shù)

2 應(yīng)用效果

完成爆破參數(shù)優(yōu)化后，對(duì)爆破過程進(jìn)行了24 h跟蹤監(jiān)測(cè)。將爆破參數(shù)優(yōu)化前與優(yōu)化后震動(dòng)信號(hào)的不同頻帶的能量分布進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見表4。

表4 震動(dòng)信號(hào)不同頻帶的能量百分比 %

頻段1230～9.7661.706.271.029.766～19.5329.046.183.7519.532～29.29813.5852.499.1629.298～39.06430.2114.9415.6639.064～48.830.340.260.2648.83～58.5961.730.862.1258.596～68.36233.7717.6058.7768.362～78.1288.881.197.9478.128～87.8940.0030.0010.0387.894～97.660.0050.0010.02>97.660.760.201.27

3 結(jié) 語

針對(duì)以往爆破震動(dòng)存在的問題，通過對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，取得了較好的效果，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

[1] 田文高，蒲傳金，陳曉玲.偏心不耦合裝藥爆破參數(shù)理論分析[J].爆破，2008(6)：19-20.

[2] 溫健強(qiáng)，鄭炳旭，葉圖強(qiáng)，等.裝藥結(jié)構(gòu)對(duì)硫鐵礦爆破效果的影響[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2009(11)：83-84.

[3] 王占元.中深孔爆破技術(shù)在常村煤礦巖巷快速掘進(jìn)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2014(5)：38-39.

2015-01-09)

龔志松(1988—)，男，助理工程師，063700 河北省唐山市灤縣響嘡鎮(zhèn)。