論地下采礦爆破對地面房屋建筑的影響

許克彬　紀曉飛

摘 要：我國社會經(jīng)濟的高速發(fā)展使社會各領(lǐng)域加大了對礦產(chǎn)的需求，所以當代礦山企業(yè)井下生產(chǎn)作業(yè)量處于不斷上升趨勢，這也導致礦山企業(yè)在生產(chǎn)中的爆破作業(yè)量開始增多，但是某些礦山爆破作業(yè)過程中往往會對地面房屋建筑產(chǎn)生一定破壞，這不僅關(guān)系到我國煤礦企業(yè)的正常生產(chǎn)秩序與其社會效益，同時也嚴重威脅到了廣大社會居民的生命財產(chǎn)安全。本文就地下采礦爆破對于地面房屋建筑的影響進行分析。

關(guān)鍵詞：地下采礦爆破；地面房屋建筑；爆破振動

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.110

1 前言

爆破作業(yè)對于橋梁交通、水電工程、礦產(chǎn)資源開發(fā)來說有著積極的推動作用，這是因為礦山企業(yè)在地下煤礦開采過程中利用爆破作業(yè)不僅可以縮短生產(chǎn)時間，同時也可以加強對礦山企業(yè)在地下礦產(chǎn)開發(fā)與生產(chǎn)過程中的整體成本投入，所以地下采礦爆破對于建筑企業(yè)來說其有著極為重要的地位與意義。但是由于地下采礦爆破作業(yè)中容易受到作業(yè)現(xiàn)象環(huán)境復雜性影響，再加上大部分礦山企業(yè)所采用的爆破技術(shù)理論不完善，所以在爆破作業(yè)參數(shù)與控制措施設(shè)置過程中存在一些不合理，導致地下采礦爆破產(chǎn)生的爆破振動、空氣沖擊波等對爆破區(qū)域內(nèi)的房屋建筑產(chǎn)生破壞。

2 地下采礦爆破對地面房屋建筑產(chǎn)生的影響

地下采礦爆破作業(yè)中的巖石會在爆炸沖擊荷載的作用下使其單元體處于動態(tài)變化過程，而該階段所能觀察到的各種力學現(xiàn)象主要體現(xiàn)在其產(chǎn)生某種波動——爆破地震波，而質(zhì)點所受到該類擾動則其必然會向外層進行傳播，再加上介質(zhì)物理特性的多變性和炸藥性質(zhì)的復雜性等因素影響，所以在研究過程中很難利用數(shù)學表達式來對其規(guī)律進行表述。地下采礦爆破中所產(chǎn)生的爆破地震波具有集中性、頻譜性、多樣性以及危害性等特征，而爆破地震波產(chǎn)生后的力學效應(yīng)主要體現(xiàn)在介質(zhì)受力后會產(chǎn)生加速度與位移，并且爆破地震波可以引起地面房屋建筑的應(yīng)變效應(yīng)，其主要體現(xiàn)在爆破地震波會由傳播介質(zhì)傳遞到地面房屋建筑結(jié)構(gòu)使其產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形。這是因為地面房屋建筑在受到爆炸地震波應(yīng)變效應(yīng)下其結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生慣性力，或者房屋建筑在爆破地震波作用下不同結(jié)構(gòu)與自身慣性力會產(chǎn)生相對位移，并且地下采礦爆破對于地面房屋建筑所產(chǎn)生的這種影響是很難進行準確預(yù)測。例如，地面上的房屋建筑會在地下采礦爆破所產(chǎn)生爆破地震波的作用下引起振動，而該種爆破振動往往會對地面上房屋建筑結(jié)構(gòu)的完整性產(chǎn)生極大破壞，而地下采礦爆破所產(chǎn)生的這種爆破振動效應(yīng)對于地面房屋建筑的影響是不同的，其主要體現(xiàn)在不同爆破區(qū)域環(huán)境中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑與磚石結(jié)構(gòu)建筑的破壞程度不同。地下采礦爆破對于地面房屋建筑的力效應(yīng)主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的拉應(yīng)力上，當炸藥爆破所產(chǎn)生的應(yīng)力波會通過地基土層而向地面房屋建筑結(jié)構(gòu)進行傳播，該種情況下房屋建筑的結(jié)構(gòu)框架、連接點處便會在爆破地震波的作用下產(chǎn)生內(nèi)力作用，然后房屋建筑結(jié)構(gòu)會在內(nèi)力作用下形成內(nèi)力反射、折射以及繞射，最終導致地面房屋建筑因結(jié)構(gòu)受力過大而發(fā)生破壞。

3 地下采礦爆破對地面房屋建筑影響的控制措施

3.1 選擇相匹配的炸藥品種

本文認為地下采礦爆破作業(yè)過程中炸藥在選擇時要確定其與被爆介質(zhì)的波阻抗是否匹配，只有確保二者的高度匹配才能確保地下采礦爆破中的能量主要作用于介質(zhì)，這樣便可以實現(xiàn)對爆破產(chǎn)生振動的剩余能量進行控制來達成降振的目的。相關(guān)試驗研究結(jié)果也證明了炸藥速度會對其產(chǎn)生爆破振動速度有著極大的影響，如果在爆破區(qū)域內(nèi)采用爆速較高的炸藥則會產(chǎn)生較大的爆破振動，所以地下采礦爆破作業(yè)過程中應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實際情況來選擇炸藥品種。

3.2 對爆破最大的藥量控制

通過分析我們可以確定傳播介質(zhì)的振動速度與單段最大裝藥量成正比的關(guān)系，所以在地下采礦爆破作業(yè)中我們可以通過對爆破最大裝藥量的控制來避免其對地面上的房屋建筑產(chǎn)生影響，而大量的工程實踐也證明了通過對單段最大裝藥量的控制，則可以實現(xiàn)對地下采礦爆破中爆破所產(chǎn)生振動速度的有效控制，所以本文認為在地下采礦爆破作業(yè)中應(yīng)結(jié)合實際生產(chǎn)需求，將一次爆破作業(yè)所需要的炸藥量分成多段微差延期起爆，這樣不僅可以確保其在實際生產(chǎn)中可以具備良好的爆破效果，同時也避免地面上的房屋建筑因受到地下采礦爆破振動過大而發(fā)生損壞。

3.3 優(yōu)化炮孔內(nèi)裝藥的結(jié)構(gòu)

大量工程實踐證明地下采礦爆破中的炮孔內(nèi)裝藥結(jié)構(gòu)會對爆破地震效應(yīng)產(chǎn)生影響，所以在地下采礦爆破作業(yè)中在炮孔裝藥過程中盡量采用不耦合的裝藥方法，或者基于實際需求來采用空氣間隔裝藥方法來徹底改變藥柱的直徑，這些措施在地下采礦爆破實踐中都可以取得十分顯著的降震效果。這是因為炮孔中裝藥結(jié)構(gòu)的徹底改變不會使沖擊波直接作用于介質(zhì)上，而是通過空氣的緩沖后才能使沖擊波作用于介質(zhì)上，所以這樣介質(zhì)便會在地下采礦爆破作業(yè)中受到的壓力得到控制，而這樣也可以避免地下采礦爆破作業(yè)對地面房屋建筑產(chǎn)生破壞。除上述集中地下采礦爆破優(yōu)化措施可以避免地面房屋建筑受到其影響，礦山企業(yè)也可以通過改變爆破網(wǎng)路起爆時間、進行預(yù)裂爆破等措施來達成這一目的，所以礦山企業(yè)可以結(jié)合自身實際情況來合理選擇預(yù)防措施。

4 結(jié)語

綜上所述，地下采礦爆破作業(yè)因其會產(chǎn)生爆破地震波而對地面房屋建筑產(chǎn)生破壞作用，所以要求礦山企業(yè)在地下采礦爆破作業(yè)過程中通過合理措施對其進行控制，避免地下采礦爆破作業(yè)對地面房屋建筑結(jié)構(gòu)的完整性、穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響。

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