關(guān)于露天礦山深孔爆破振動效應(yīng)測試與分析

嚴(yán)振勇

（廣東爆破工程有限公司，廣東 廣州 510700）

爆破是巖體開挖與礦山生產(chǎn)工程中應(yīng)用較為廣泛的工藝技術(shù)與手段，通常具有爆破次數(shù)多、爆破規(guī)模大、振動時(shí)間長的特征。而爆破所具有的這些特征在一定程度上決定了爆破具有高振動風(fēng)險(xiǎn)性，爆破振動可能在一定程度上引發(fā)礦山露天邊坡地質(zhì)災(zāi)害問題的產(chǎn)生。對此，加強(qiáng)爆破振動效應(yīng)控制力度，已經(jīng)成為礦山安全生產(chǎn)與管理的必然趨勢?；诖?，有必要加強(qiáng)露天礦山深孔爆破振動效應(yīng)的研究，通過研究實(shí)現(xiàn)爆破振動效應(yīng)針對性、高效性管控。

1 工程概述

露天礦場所在地為低山丘陵地貌、地形坡度大致為15°～25°；露天礦山礦區(qū)所在地地質(zhì)情況相對復(fù)雜，巖石硬度較高，普氏系數(shù)f=7.9～12.1，巖石類型相互交錯(cuò)、分段排列，部分巖石表明存在風(fēng)化問題；礦區(qū)周邊環(huán)境相對開闊，距離礦山山體西北方向239m、南側(cè)498m、東側(cè)109m、北側(cè)145m的位置分別由一個(gè)油庫、公路、居民區(qū)和通訊塔。該礦山經(jīng)過一段時(shí)間的露天開采已經(jīng)形成一個(gè)相對較大的邊坡（高度約為225m～425m，最終邊坡角度約為35°～54°）。因此，為保證礦山開采安全，需對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹卫?。在此過程中，為控制礦山深孔爆破對周邊環(huán)境的影響，需明確爆破地震波衰減規(guī)律，科學(xué)設(shè)置爆破參數(shù)，實(shí)現(xiàn)露天礦山深孔爆破振動效應(yīng)的高效管控[1]。

2 監(jiān)測方案與測試分析方法的應(yīng)用

2.1 現(xiàn)場監(jiān)測

工程實(shí)際過程中，根據(jù)工程實(shí)際情況與爆破需求，主要采用深孔臺階控制爆破技術(shù)進(jìn)行爆破。露天礦山深孔爆破的各項(xiàng)參數(shù)見表1。

表1 露天礦山深孔爆破各項(xiàng)參數(shù)

由于本文所研究的工程具有深孔臺階爆破工程規(guī)模大、爆破時(shí)間長等特點(diǎn)，對此為滿足工程實(shí)踐需求，提升測量精準(zhǔn)度，應(yīng)用成都中科測控TC-4850爆破振動檢測儀進(jìn)行爆破振動測試。TC-4850爆破振動檢測儀具有質(zhì)量輕、體積小、可靠性強(qiáng)等特征，其頻響范圍可達(dá)到10kHz，歷程的最大值為35cm/s（10V），記錄精度度為0.01cm/s，能夠?qū)崿F(xiàn)爆破過程中速度、位移、加速度、壓力等的全過程動態(tài)檢測、記錄與分析，有效滿足露天礦山深孔爆破現(xiàn)場的監(jiān)測需求[2]。

在現(xiàn)場監(jiān)測過程中，需注重測試點(diǎn)布設(shè)的科學(xué)性以及儀器安裝的準(zhǔn)確性。通常情況下，在測點(diǎn)布設(shè)過程中，需以爆源為起點(diǎn)，遵循“射線狀排”分布原則進(jìn)行實(shí)踐操作。本工程中則分別在距離爆源20m、30m、40m、60m、80m、100m的位置設(shè)置測點(diǎn)。此外，在測點(diǎn)布置過程中，為避免現(xiàn)場環(huán)境對監(jiān)測結(jié)果產(chǎn)生不利影響，需做好場地清潔、整理工作，做好傳感器、測振儀的防護(hù)工作。

2.2 深孔爆破振動效應(yīng)測試結(jié)果

通常情況下，在對爆破地震強(qiáng)度進(jìn)行分析時(shí)，可用介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動參數(shù)，作為爆破地震強(qiáng)度判據(jù)進(jìn)行分析。峰值振動速度與主振頻率入手，進(jìn)行三個(gè)分量的測試?；诖?，在本次測試中以質(zhì)點(diǎn)峰值振動速度與主振頻率為衡量指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。

表2 爆破地震波監(jiān)測數(shù)據(jù)

3 露天礦山深孔爆破振動效應(yīng)分析

采用薩道夫斯基公式對現(xiàn)場監(jiān)測過程中的振動速度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析：

公式中：v表示“質(zhì)點(diǎn)峰值振動速度”；K與a表示“與介質(zhì)相關(guān)的抵償常熟與衰減指數(shù)”；R表示觀測點(diǎn)與爆源之間的距離；Q表示微差爆破最大段的藥量。對公式（1）進(jìn)行變形，令P等于，可得到

基于此借助數(shù)據(jù)分析軟件可得到K（41.4）與a（1.34）的回歸數(shù)值，從而確定爆破振動衰減規(guī)律公式。依據(jù)公式進(jìn)行分析，能夠有效確定爆破藥量。在進(jìn)行頻譜分析時(shí)，基于公式計(jì)算數(shù)值與實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)的對比分析，可知本工程爆破主振頻率在10～50范圍內(nèi)。與此同時(shí)，基于現(xiàn)場檢測與數(shù)據(jù)計(jì)算分析，爆破過程中引起爆破振動破壞的主要影響因素（Z方向振動速度），對此在施工過程中應(yīng)加強(qiáng)Z方向振動速度的有效管控。

此外，為進(jìn)一步探尋露天礦山深孔爆破振動效應(yīng)測試方法應(yīng)用準(zhǔn)確性，采用對比分析法，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理，構(gòu)建了爆破振動峰值神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，爆破振動峰值神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型同樣可得出所需數(shù)值。而基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理下的測試分析，其預(yù)算精準(zhǔn)度要高于薩道夫斯基公式，但是在應(yīng)用改方式進(jìn)行分析時(shí)，需保證現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性，用以保證某型輸入?yún)?shù)的真實(shí)性。

4 結(jié)論

綜上所述，本文結(jié)合某礦山治理項(xiàng)目深孔爆破工程，對露天礦山深孔爆破過程中產(chǎn)生的振動情況進(jìn)行了監(jiān)測，并利用薩道夫斯基公式與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，有效得出露天礦山深孔爆破地震衰減參數(shù)K，a的最佳值，通過頻譜分析驗(yàn)證次爆破主振頻率高于建筑物原有的頻率，不會產(chǎn)生共振，對工程周邊環(huán)境產(chǎn)生影響，形成露天礦山深孔爆破邊坡地質(zhì)災(zāi)害，表明本次露天礦山深孔爆破振動效應(yīng)測試方法具有一定的實(shí)用性，對今后類似地質(zhì)條件下礦山爆破工作具有一定的可借鑒性意義。