不同爆破方式下爆破振動傳播規(guī)律及預(yù)測研究

張迎吉，葉海旺，艾曉宗，，王建軍，

(1.金堆城鉬業(yè)股份有限公司，陜西 華縣 714102)

(2.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430070)

0 前言

金堆城南露天礦隸屬于陜西華縣金堆城鉬業(yè)股份有限公司，其地質(zhì)條件復(fù)雜，每一個新平盤巖性分布都有差異，加上邊緣都是原始地表，巖層中常含有很多泥土夾層。東川河引水隧洞是金堆城露天礦南大擴時對東川河河流改道修建而得，隧洞圍巖節(jié)理、斷層構(gòu)造極為發(fā)育，圍巖的穩(wěn)定性差。隨著開采的進(jìn)行，采場工作面距離東川河引水隧洞越來越近，最近的距離約31 m。為確保東川河引水隧洞的安全，首先需尋求合適的減震爆破方法來進(jìn)行爆破，同時也希望在爆破前能對爆破振動進(jìn)行有效的預(yù)測來指導(dǎo)現(xiàn)場生產(chǎn)。

1 不同爆破方式下的爆破振動規(guī)律試驗研究

以常規(guī)生產(chǎn)爆破為基礎(chǔ)，分別采用空氣間隔裝藥爆破、數(shù)碼電子雷管精確延時爆破、減小炮孔直徑等爆破方式來降低爆破振動。根據(jù)工程爆破界公認(rèn)的薩道夫斯基的爆破振動經(jīng)驗公式及實測數(shù)據(jù)，可以回歸出在本測試條件下該區(qū)域的爆破地震波傳播規(guī)律。根據(jù)現(xiàn)場測得典型數(shù)據(jù)，回歸求出K、α、β。

式中:v 為質(zhì)點爆破震動速度峰值，cm/s;K 為與地質(zhì)、爆破方法等因素有關(guān)的系數(shù);α、β 為與地質(zhì)條件有關(guān)的地震波衰減系數(shù);Q 為與振速v 值相對應(yīng)的最大一段起爆藥量，kg;D 為測點與爆心的水平距離，m;H 為測點與爆心的高差，m。

1.1 常規(guī)生產(chǎn)爆破

爆區(qū)臺階高度12 m，炮孔直徑為250 mm，爆區(qū)采用垂直孔，孔距為9 m，排距為7 m。單孔最大單響藥量為430 kg，采用混裝乳化炸藥，堵塞長度為7 m。典型數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 常規(guī)生產(chǎn)爆破下爆破振速

表1 中:X(水平切向)、Y(水平徑向)、Z(垂直)方向上的速度傳播衰減規(guī)律分別為:

1.2 空氣間隔裝藥爆破

空氣間隔裝藥爆破分孔底、藥包中部和藥包上部進(jìn)行，空氣間隔長度為1.3 m。爆區(qū)孔網(wǎng)參數(shù)同常規(guī)生產(chǎn)爆破，每孔裝藥量為380 kg。藥包中部空氣間隔裝藥爆破時，炮孔上部藥量為180 kg，底部藥量為200 kg。藥包中部、上部和孔底空氣間隔裝藥爆破振動速度典型數(shù)據(jù)分別見表2、表3 和表4。

表2 藥包中部空氣間隔裝藥爆破振速

表2 中:X(水平切向)、Y(水平徑向)、Z(垂直)方向上的速度傳播衰減規(guī)律分別為:

表3 藥包上部空氣間隔裝藥爆破下不同高程的爆破振速

表3 中:X(水平切向)、Y(水平徑向)、Z(垂直)方向上的速度傳播衰減規(guī)律分別為:

表4 孔底空氣間隔裝藥爆破下不同高程的爆破振速

表4 中:X(水平切向)、Y(水平徑向)、Z(垂直)方向上的速度傳播衰減規(guī)律分別為:

1.3 數(shù)碼電子雷管爆破

爆區(qū)采用垂直孔，孔距為9 m，排距為7 m。單孔最大藥量為430 kg，總藥量為16 t。采用混裝乳化炸藥，堵塞長度為6～6.5 m，炮孔直徑為250 mm?？组g微差30 ms，排間微差75 ms。典型爆破振速數(shù)據(jù)見表5。

表5 數(shù)碼電子雷管爆破振速

表5 中X(水平切向)、Y(水平徑向)、Z(垂直)方向上的速度傳播衰減規(guī)律分別為:

1.4 140 mm 孔徑爆破

爆區(qū)臺階高度12 m，炮孔直徑為140 mm，爆區(qū)采用垂直孔，孔距為5 m，排距為4 m。單孔裝藥量為116～128 kg，采用混裝乳化炸藥，連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，裝藥長度8 m，堵塞長度為5 m。測得的爆破振動數(shù)據(jù)見表6。

表6 140 mm 孔徑爆破振速

表6 中X(水平切向)、Y(水平徑向)、Z(垂直)方向上的速度傳播衰減規(guī)律分別為:

2 爆破振動安全距離確定

東川河隧洞為引水隧洞，根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB6722—2003)對爆破振動允許安全振速的規(guī)定:水工隧洞爆破振動頻率f≤10 Hz 時，安全允許質(zhì)點振動速度在7～8 cm/s;10 Hz≤f≤50 Hz 時，安全振速為8～10 cm/s;f ＞50 Hz 時，安全振速為10～15 cm/s。為確保隧洞安全，分別確定了不同爆破方式下振動速度在7 cm/s、8 cm/s、10 cm/s、15 cm/s 對應(yīng)的安全距離(爆源與保護(hù)對象間的最小距離)。其中，空氣間隔裝藥爆破綜合考慮減震率和爆破效果，以藥包中部為最佳，電子雷管以孔間延時31 ms、排間延時70 ms 為最佳，各爆破方法對應(yīng)的安全距離見表7。

表7 不同爆破方式下安全距離 m

由表7 可知，距離隧洞42 m 以外范圍采用140 mm 孔徑進(jìn)行爆破是安全的;距離隧洞68～75 m 范圍采用數(shù)碼電子雷管延期爆破進(jìn)行作業(yè)是安全的;距離隧洞75～108 m 范圍采用藥包中部空氣間隔裝藥爆破進(jìn)行作業(yè)是安全的;而250 mm 孔徑爆破只能在距離隧洞108 m 以外區(qū)域使用。

3 爆破振動速度預(yù)測及減震爆破方法選擇軟件

為了減少手工計算的誤差和提高工作效率，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2003)之規(guī)定，分別以7 cm/s、8 cm/s、10 cm/s、15 cm/s 為標(biāo)準(zhǔn)

圖1 軟件系統(tǒng)主界面

4 結(jié)語

通過現(xiàn)場爆破試驗，得出了不同爆破方式下金堆城南露天的爆破地震波傳播規(guī)律，根據(jù)國家爆破安全規(guī)程要求，確定了礦區(qū)不同區(qū)域能確保東川河隧洞安全爆破方法，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了爆破振動速度預(yù)測和減震爆破方法選擇軟件。

通過預(yù)測軟件的實際使用和對每次爆破振動數(shù)據(jù)的監(jiān)測，該軟件預(yù)測的數(shù)據(jù)與監(jiān)測數(shù)據(jù)非常接近，尤其是軟件對不同減震爆破方法的優(yōu)選，為今后爆破技術(shù)人員在距離東川河隧洞特近區(qū)域進(jìn)行爆破參數(shù)的選取提供了數(shù)據(jù)支持，為實現(xiàn)露天爆破設(shè)計的自動化、數(shù)字化和智能化奠定了基礎(chǔ)。由于開采平進(jìn)行控制計算，計算結(jié)果分別為安全、預(yù)警、黃色預(yù)警、橙色預(yù)警、紅色報警。并所有預(yù)測算法和減震方法的選擇開發(fā)了相應(yīng)軟件系統(tǒng)。

在常規(guī)生產(chǎn)條件下，若輸入單響藥量為430 kg、水平距離87 m、高差24 m 時，則系統(tǒng)即可自動預(yù)測出3 個方向的爆破振動速度值分別為4.53 cm/s、3.67 cm/s、10.67 cm/s(見圖2)。若輸入控制標(biāo)準(zhǔn)為7 cm/s、爆心距為90 m 時，系統(tǒng)則推算出可使用的的爆破方法有空氣間隔裝藥爆破、數(shù)碼電子延期雷管爆破、140 孔徑爆破等。盤的不斷下降，周圍地質(zhì)情況發(fā)生著變化，同時距離東川河隧洞和邊坡的方位也不同，建議后期對軟件數(shù)據(jù)庫不斷更新，以確保軟件預(yù)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確和實用性。

圖2 預(yù)測界面

［1］李 錚，朱瑞庚.爆破地震波振速的特征系數(shù)與衰減指數(shù)的研究.爆炸與沖擊，1991，(5):30.

［2］李繼光.爆破振動作用下順層巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定研究［D］.成都:西南交通大學(xué)，2008.

［3］舒西剛，劉新榮，姜德義，等.歌樂山石灰石礦爆破地震波的測試與分析［J］.地下空間與工程學(xué)報，2008，4(3):586-560.

［4］趙明生，張建華，易長平.基于單段波形疊加的爆破振動信號時頻分析［J］.煤炭學(xué)報，2010，35 (8):1279-1282.