毫秒延時(shí)爆破合理間隔時(shí)間研究

史曉鵬，解聯(lián)庫(kù)，2，吳春平，葉光祥

（1.北京礦冶研究總院，北京100160；2.金屬礦山智能開(kāi)采技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京102628）

毫秒延時(shí)爆破合理間隔時(shí)間研究

史曉鵬1，解聯(lián)庫(kù)1，2，吳春平1，葉光祥1

（1.北京礦冶研究總院，北京100160；2.金屬礦山智能開(kāi)采技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京102628）

分析了毫秒延時(shí)爆破破巖機(jī)理以及毫秒延時(shí)爆破的降振機(jī)理。針對(duì)某鉛鋅礦存在的爆破振動(dòng)問(wèn)題，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)獲取大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析確定了該礦山生產(chǎn)爆破的最佳間隔時(shí)差。研究結(jié)果表明，當(dāng)延時(shí)間隔為50ms時(shí)，可以使爆破振動(dòng)錯(cuò)峰疊加，達(dá)到平峰降振的作用，同時(shí)為該鉛鋅礦控制爆破振動(dòng)提供了理論依據(jù)及技術(shù)支持。

爆破振動(dòng)；微差爆破；毫秒延時(shí)

爆破地震波引起周圍建（構(gòu)）筑物的振動(dòng)是爆破工程公害之一。如何降低爆破地震波引起的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重要研究課題。在眾多的降低爆破地震效應(yīng)的主要方法中，利用爆破地震波相互疊加，采用微差爆破技術(shù)可獲得良好的減振效果。微差爆破技術(shù)的關(guān)鍵是合理選擇微差間隔時(shí)間，但到目前為止國(guó)內(nèi)外在降低爆破振動(dòng)效應(yīng)上尚無(wú)一個(gè)精確的公式來(lái)計(jì)算毫秒延時(shí)間隔時(shí)間［1－2］。筆者認(rèn)為針對(duì)不同的地質(zhì)條件以及不同的爆破方式不能統(tǒng)一用一個(gè)公式來(lái)計(jì)算最佳延時(shí)時(shí)間，應(yīng)該通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析的方法確定某個(gè)礦山的微差爆破的合理間隔時(shí)間。

1 微差爆破破巖機(jī)理

目前國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)微差爆破破巖機(jī)理有如下四種觀點(diǎn)［3］：

1）補(bǔ)充破碎作用；2）殘余應(yīng)力作用；3）產(chǎn)生輔助自由面；4）降低爆破振動(dòng)作用。

通過(guò)在礦山生產(chǎn)爆破時(shí)采用爆破測(cè)振儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)，所得到的波形數(shù)據(jù)表明，雖然生產(chǎn)爆破時(shí)所有的炮孔相當(dāng)密集地在幾十到幾百ms之內(nèi)爆炸，但爆破所引起的地表振動(dòng)反而減弱。原因是前后各組炮孔爆炸時(shí)在地表引起的爆炸彈性波相位互相干擾而抵消。

2 毫秒延時(shí)爆破的降振機(jī)理

在礦山生產(chǎn)爆破時(shí)，既需要控制爆炸地震波的強(qiáng)度，降低爆破對(duì)地表的影響，又要控制大塊率，在滿足這兩點(diǎn)要求的基礎(chǔ)上確定合理的微差間隔時(shí)間主要有兩種看法［4］：

l）選取合適的微差間隔時(shí)間，使先后起爆的炮孔產(chǎn)生的地震波主震相剛好錯(cuò)開(kāi)，從而降低地震效應(yīng)；2）選用合理的微差間隔時(shí)間，使先后起爆的炮孔產(chǎn)生的地震波相互干擾［5］，以便最大限度地降低地震效應(yīng)。

但是通過(guò)對(duì)礦山進(jìn)行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)在實(shí)際生產(chǎn)中由于雷管的精度問(wèn)題，一部分礦山為了避免因雷管跳段導(dǎo)致相鄰段別的雷管爆炸所引起的振動(dòng)波疊加從而造成地震效應(yīng)增大的現(xiàn)象，爆破設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)加大延遲間隔時(shí)間，另外一部分礦山不注意控制爆破地震效應(yīng)，采用精度不高的雷管進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)時(shí)，低段別雷管也連續(xù)使用，導(dǎo)致地震波疊加，地表所產(chǎn)生的振動(dòng)較大。通過(guò)研究國(guó)內(nèi)外學(xué)者的觀點(diǎn)發(fā)現(xiàn)，最佳毫秒延時(shí)間隔應(yīng)在20～75ms較為合適。

3 某鉛鋅礦爆破合理延時(shí)間隔的研究

某鉛鋅礦山主要開(kāi)采鋅礦體，礦山經(jīng)多次改擴(kuò)建后目前生產(chǎn)能力為3 000t/d，主要產(chǎn)品為鋅精礦粉，伴生金屬有鉛、銅和鐵。礦體賦存于矽卡巖帶之中，礦體直接圍巖為矽卡巖。在1＃礦體下盤和2＃礦體上盤分布有矽質(zhì)板巖、板巖。在1＃礦體上盤與2＃礦體下盤分布有大理巖。礦體有露頭，氧化帶深度為15m。礦體內(nèi)有夾石，夾石多為矽卡巖、大理巖和板巖。礦石與圍巖巖石的抗壓強(qiáng)度為31～200.26MPa，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研觀測(cè)，礦石與上、下盤圍巖的f值為10～12，而且圍巖矽化較重，屬熱堅(jiān)硬巖性。礦石密度3.5g/cm3，巖石密度2.8g/cm3，松散系數(shù)1.5。

由于礦山自建礦以來(lái)采用淺孔留礦法開(kāi)采，在905m水平及以上中段留下了大量的殘留礦柱和采空區(qū)。為保證礦山資源最大程度的回收利用，同時(shí)保障礦區(qū)生產(chǎn)生活的安全穩(wěn)定，因此開(kāi)展了爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)研究，為殘礦回采的爆破設(shè)計(jì)提供科學(xué)的依據(jù)。本項(xiàng)目共進(jìn)行了9次爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，地表振動(dòng)監(jiān)測(cè)9次，井下振動(dòng)監(jiān)測(cè)5次，共采集到有效數(shù)據(jù)168組。

圖1 爆破振動(dòng)測(cè)點(diǎn)與爆源對(duì)照關(guān)系圖Fig.1 The relationship between the measuring points and the blasting source

3.2 排間間隔50ms時(shí)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果

分析所獲得的有效爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并針對(duì)該礦山爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)情況，決定重新選擇雷管段別，雷管段別選取間隔時(shí)間為50ms。此種方案共進(jìn)行了6次爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)。

選取第四次爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)1號(hào)測(cè)點(diǎn)X方向波形為例。本次爆破是5205采場(chǎng)890m水平采場(chǎng)爆破。炮孔為垂直扇形中深孔，直徑90mm，總排數(shù)2排，孔數(shù)25個(gè)；總裝藥量2 497kg。爆破采用改性銨油炸藥、毫秒延時(shí)非電導(dǎo)爆管起爆，起爆藥包置于孔底，形成反向起爆，炮泥堵塞長(zhǎng)度1m。圖3為第四次爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)1號(hào)測(cè)點(diǎn)X方向波形。

圖2 第一次爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)1號(hào)測(cè)點(diǎn)X方向波形Fig.2 Direction X waveform of No.1measuring point in the first blasting vibration monitoring

表1 第一次爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯總表Table 1 Results of blasting vibration testing for the first blasting

3.3 數(shù)據(jù)分析對(duì)比

第一次爆破與第四次爆破單段藥量差別不大，爆心距也較為接近。因此選取兩次爆破振動(dòng)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。針對(duì)延時(shí)時(shí)間間隔為25ms和50ms的波形進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)：

1）如圖2所示，25ms的延時(shí)間隔振動(dòng)峰值出現(xiàn)在0.1s處，振動(dòng)峰值集中在0.0～0.3s，且波形疊加情況較為明顯，共有6段波形出現(xiàn)了疊加情況，說(shuō)明前一段波形還未衰減之前，后一段波形已經(jīng)傳播至地表，導(dǎo)致波形峰值疊加，故延時(shí)時(shí)間間隔為25ms時(shí)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)振速普遍大于間隔為50ms的振速，另外延時(shí)間隔為25ms時(shí)，總爆破時(shí)間較短，地表振動(dòng)集中出現(xiàn)，加強(qiáng)了振動(dòng)對(duì)地表建筑物的危害。

表2 第四次爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯總表Table 2 Results of blasting vibration testing for the fourth blasting

2）如圖3所示，延時(shí)時(shí)間間隔為50ms時(shí)，各分段爆破振動(dòng)波形完整，峰值振速出現(xiàn)在0.4～0.7s，達(dá)到峰值振速時(shí)出現(xiàn)波形疊加的情況不多，僅有一段波形出現(xiàn)疊加情況，且波形段別較為明顯，起到了控制合理延時(shí)時(shí)間錯(cuò)開(kāi)前一段爆破振動(dòng)峰值，從而達(dá)到控制爆破振速的目的，另外爆破總時(shí)間比25 ms時(shí)拉長(zhǎng)，促進(jìn)了波形的均勻分布，避免在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)波形集中的情況。

通過(guò)同一測(cè)點(diǎn)相同方向的前后兩個(gè)波形圖可以看出，采用延時(shí)時(shí)間為50ms的波形相較于延時(shí)時(shí)間間隔為25ms的波形，疊加情況有明顯的減小。通過(guò)前后6次爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，可以得出隔段選用雷管比非隔段選用雷管爆破振動(dòng)速度降低約40%。且爆破過(guò)后觀察爆破效果，大塊率差別不大，沒(méi)有出現(xiàn)延時(shí)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致崩落巖石之間的相互作用減少的情況出現(xiàn)。礦山在隔斷選用雷管時(shí)，同等條件下可以適當(dāng)提高單段藥量以及總藥量，一次崩礦量增大，節(jié)省了爆破作業(yè)時(shí)間，同時(shí)提高了生產(chǎn)效率。

圖3 第四次爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)1號(hào)測(cè)點(diǎn)X方向波形Fig.3 Direction X waveform of No.1measuring points in the fourth blasting vibration monitoring

因此隔斷選用雷管，間隔時(shí)間為50ms在該礦山是可行的，既達(dá)到了避免波形疊加降低爆破振動(dòng)的目的，又未影響爆破效果，且在爆破設(shè)計(jì)上更加靈活，為大規(guī)?；厥諝埖V資源提供了可靠的技術(shù)支持，提高了經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)也驗(yàn)證了上述理論的可行性。

4 結(jié)論

本文依托某鉛鋅礦山生產(chǎn)爆破，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)大量的試驗(yàn)得到振動(dòng)數(shù)據(jù)，并對(duì)波形的變化特征和段間疊加特性進(jìn)行分析，確定了該礦山微差爆破的合理間隔時(shí)間。通過(guò)理論分析和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究相結(jié)合的方式，得出在目前使用普通雷管的情況下該礦山最佳延期間隔時(shí)間為50ms，在礦山后續(xù)生產(chǎn)中持續(xù)應(yīng)用后表明對(duì)于降低礦山爆破振動(dòng)是有利的，此種研究方法及結(jié)果對(duì)以后的爆破設(shè)計(jì)有重要的參考價(jià)值。同時(shí)建議礦山在進(jìn)行大規(guī)?；厥諝埖V時(shí)，可以選用延時(shí)精度更為精確、且延時(shí)時(shí)間可以隨意設(shè)置的電子雷管，既避免了普通雷管延時(shí)不精確出現(xiàn)串段，又能彌補(bǔ)目前普通雷管段別不足的情況。屆時(shí)將在該礦山進(jìn)行電子雷管條件下的更為合理的最佳延時(shí)時(shí)間的研究。

［1］李瑞濤.爆破地震波疊加規(guī)律實(shí)驗(yàn)研究［D］.沈陽(yáng)：東北大學(xué)，2007.

［2］婁建武，龍?jiān)?，盧云.毫秒延時(shí)爆破段延時(shí)間隔效果研究［J］.爆破器材，2006，35（1）：26－29.

［3］張光雄，楊軍，盧紅衛(wèi).毫秒延時(shí)爆破干擾降振作用研究［J］.工程爆破，2009，15（3）：17－21.

［4］郭學(xué)彬，張繼春，劉泉，等.微差爆破的波形疊加作用分析［J］.爆破，2006，23（2）：4－8.

［5］張世雄，胡建華，陽(yáng)生權(quán)，等.地下工程爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)與分析［J］.爆破，2001，18（2）：49－52.

Study on the reasonable intervals of millisecond delay blasting

SHI Xiaopeng1，XIE Lianku1，2，WU Chunping1，YE Guangxiang1
（1.Beijing General Research Institute of Mining ＆Metallurgy，Beijing 100160，China；2.Beijing Key Laboratory of Nonferrous Intelligent Mining Technology，Beijing 102628，China）

The rock breaking mechanism and reducing vibration mechanism of millisecond delay blasting are analyzed.To solve the blasting vibration problems in a lead－zinc mine，a large number of monitoring data is obtained through field test and the interval time of the mine blasting is confirmed through data analysis.The results of the study show that when the interval time is 50ms，it staggers the peak superposition of blasting vibration，which reach a goal of vibration reduction.The results of the study provide a theoretical basis and technical support to control blasting vibration of the lead－zinc mine.

blasting vibration；millisecond blasting；millisecond delay

TD235.1

A

1671－4172（2015）05－0085－04

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）項(xiàng)目（2011AA060405）

史曉鵬（1984－），男，工程師，碩士，采礦工程專業(yè)，主要從事采礦和爆破技術(shù)研究工作。

10.3969/j.issn.1671－4172.2015.05.017