傳播路徑對露天采場爆破振動速度峰值預(yù)測的影響

林俊偉

摘 要：露天采場爆破振動對采區(qū)周圍邊坡和采場周邊建構(gòu)筑物造成影響，準(zhǔn)確預(yù)測質(zhì)點(diǎn)爆破振動速度峰值對爆破施工有著重要作用。為提高質(zhì)點(diǎn)爆破振動速度峰值的預(yù)測精度，采用爆破振動波在介質(zhì)中的最短傳播距離作為爆心距的薩道夫斯基公式1，以取代質(zhì)點(diǎn)與爆源的直線距離作為爆心距的薩道夫斯基公式2進(jìn)行預(yù)測。通過對預(yù)測結(jié)果的分析，公式1精度比公式2提高了5.59%。結(jié)果表明，公式1爆破振動質(zhì)點(diǎn)振動速度峰值誤差更小，精度更高，更加可靠，在工程實(shí)踐中更有價(jià)值。

關(guān)鍵詞：爆破振動;最短傳播距離;爆心距;預(yù)測精度

中圖分類號：TD32 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）04-0169-02

1 工程概況

某露天采場位于福建省泉州市，采場東側(cè)分布著幾個(gè)村莊，北面是山區(qū)，東北角有兩個(gè)磚場，西面是生活區(qū)。由于距離周圍村莊、生活區(qū)、磚場都比較近，采場臺階爆破在境界周圍產(chǎn)生比較明顯的爆破振動，對爆區(qū)周邊高陡邊坡產(chǎn)生較大作用，對周圍居民的正常生產(chǎn)生活產(chǎn)生比較大的影響。為了降低爆破振動效應(yīng)，同時(shí)適當(dāng)增大爆破規(guī)模，必須采取一系列的爆破降震措施。而檢驗(yàn)爆破降震效果，需要對爆破振動進(jìn)行監(jiān)測。

采用NUBOX-6016型智能震動監(jiān)測儀進(jìn)行爆破監(jiān)測，一次布置三臺以上儀器。儀器與爆源連成一條直線，各個(gè)儀器分布在不同高差的邊坡坡頂或建筑物周邊，將測振儀傳感器的X向指向爆源，并用石膏與堅(jiān)硬地面進(jìn)行剛性連接。

經(jīng)過多次監(jiān)測，共獲取65組監(jiān)測數(shù)據(jù)。

2 傳播路徑對爆破振動的影響

2.1 最短傳播距離與直線距離

分析露天采場爆破地震波隨距離的衰減情況時(shí)，由于采場地勢的高低起伏，須考慮測點(diǎn)與爆源之間的高程差。假設(shè)臺階坡面是一個(gè)無限或半無限的均勻、各向同性的介質(zhì)體，則爆破地震波在臺階坡面的傳播時(shí)，在平面交界的拐點(diǎn)（如B、D點(diǎn)）處會產(chǎn)生透射和衍射效應(yīng)，波的前進(jìn)方向會產(chǎn)生變化，爆源到測點(diǎn)路徑非一條連貫的直線，而是一條連續(xù)折線。在工程實(shí)踐中，在處理帶有高程差的爆破振動衰減問題時(shí)，若用薩道夫斯基公式分析，則將高程差與測點(diǎn)距爆源的水平距離兩者矢量疊加作為合成距離，在距離中體現(xiàn)高差作用。

88#儀器的實(shí)際最短傳播路徑為AB+BC，89#儀器實(shí)際最短傳播路徑為AB+BC+CD+DE。而工程實(shí)踐中[3]，通常處理方式是以88#儀器所在的測點(diǎn)C和爆源的直線（即AC的距離）R=代替88#儀器實(shí)際最短傳播路徑，其中L表示爆源與測點(diǎn)之間的水平距離，H表示爆源與測點(diǎn)之間的高程差。

用傳統(tǒng)薩道夫斯基公式分析爆破振動波的衰減時(shí)，對于露天采場這樣的復(fù)雜地形，工程人員常常使用測點(diǎn)與爆源直線距離代替爆破地震波的實(shí)際傳播距離。這一做法雖然簡化了測量工作，但是會給爆破振動的衰減預(yù)測帶來一定程度的誤差[4]。為了減少誤差，在公式中使用實(shí)際最短傳播距離R0代替直線距離R。

2.2 不同距離下的回歸分析結(jié)果

為驗(yàn)證爆破地震波最短傳播路徑R0替代直線距離R后預(yù)測爆破振動速度的精度，在實(shí)際測震數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，選取40組數(shù)據(jù)（如表1所示）進(jìn)行歸一化，分別求取R0作為爆心距和R作為爆心距的薩道夫斯基公式的K、α值，再選取5組數(shù)據(jù)，用求取的薩道夫斯基公式進(jìn)行預(yù)測，將預(yù)測結(jié)果與實(shí)際測量結(jié)果進(jìn)行對比，比較預(yù)測的相對平均誤差。

對表1的測量值，使用薩氏公式線性回歸，求取各自K、α值，結(jié)果如表2所示。從上表的測量值可知，兩種薩氏公式均高度線性相關(guān)，用薩氏公式線性回歸是合理有效的。按最短傳播距離R0計(jì)算的薩道夫斯基公式是：

在所有數(shù)據(jù)中選取5組未被用于回歸分析的數(shù)據(jù)用于驗(yàn)證以上兩個(gè)薩道夫斯基的預(yù)測準(zhǔn)確性。結(jié)果顯示，與按照直線距離得到的爆心距相比，將最短傳播路徑作為傳爆距離的薩道夫斯基公式預(yù)測爆破振動質(zhì)點(diǎn)振速峰值時(shí)，平均誤差是27.65%;但傳統(tǒng)薩氏公式計(jì)算的誤差平均值是33.24%，兩者相差5.59%。這表明將最短傳播距離作為傳爆距離的薩氏公式能夠降低爆破振動速度預(yù)測誤差，提高預(yù)測精度。

3 結(jié)果分析

由表2可知，以最短傳播距離作為爆心距的薩道夫斯基公式預(yù)測質(zhì)點(diǎn)爆破振動速度峰值的平均相對誤差只有27.65%，低于以質(zhì)點(diǎn)到爆源的直線距離為爆心距的傳統(tǒng)薩道夫斯基公式的平均預(yù)測誤差33.24%，因而預(yù)測結(jié)果更加精確。

其原因在于，以最短傳播路徑為爆心距，能夠反映爆破振動波的實(shí)際傳播過程，更加符合生產(chǎn)實(shí)際。爆破振動波在露天采場的傳播過程中，其衰減程度在一定范圍內(nèi)受到高程差的影響較大[5-7]。當(dāng)爆破振動波從坡的頂部傳至底部，或從坡底部傳至頂部，在拐點(diǎn)（如圖1中的B、D點(diǎn)）處，會發(fā)生透射和衍射，此時(shí)，振動波的大小發(fā)生變化，這與正常直線距離下的振動波的衰減不同。因而，以爆源和質(zhì)點(diǎn)的直線距離作為爆心距，不能反映出這種在拐點(diǎn)處的衰減變化;以最短傳播路徑作為爆心距，雖不能完全反映振動波在拐點(diǎn)處的衰減變化，但卻更加的貼近爆破振動波的實(shí)際衰減規(guī)律，從而使得預(yù)測更加準(zhǔn)確。

4 結(jié)語

（1）將最短傳播路徑作為傳爆距離，更能夠反映爆破振動波的實(shí)際傳播和衰減情況，因此把最短傳播路徑作為測點(diǎn)到爆心的距離的薩道夫斯基預(yù)測公式能夠降低爆破振動速度峰值預(yù)測誤差，提高了預(yù)測精度。

（2）以最短傳播距離為爆心距測爆破振動質(zhì)點(diǎn)振動速度峰值平均誤差僅為27.56%，比傳統(tǒng)薩道夫斯基公式預(yù)測的平均誤差33.24%更小，精度更高，更加可靠，在工程實(shí)踐中更具有運(yùn)用價(jià)值。

（3）薩道夫斯基公式預(yù)測質(zhì)點(diǎn)振動速度峰值未能充分考慮到復(fù)雜的地質(zhì)地形條件，如節(jié)理、斷層對爆破振動波的影響，因而該公式的預(yù)測精度有待進(jìn)一步提高。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙京林，李永剛.爆破振動的危害性及防治措施[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2010（02）.

[2] 陶挺，林從謀，程李凱.爆破振動的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測方法研究[J].爆破，2011（04）：105-107.

[3] 劉殿中，楊仕春.工程爆破實(shí)用手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2004.

[4] 申旭鵬，璩世杰，王福緣，衣方.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的爆破振速峰值預(yù)測[J].爆破，2013（01）：122-125+130.

[5] 陳明，盧文波，李鵬，等.巖質(zhì)邊坡爆破振動速度的高程放大效應(yīng)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2011，30（11）：2189-2195.

[6] 張濤，郭學(xué)彬，蒲傳金，等.邊坡爆破振動高程效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)分析與研究[J].江西有色金屬，2006，12（4）：10-13.

[7] 石崇，周家文，任強(qiáng)，周先齊.單面邊坡高程放大效應(yīng)的射線理論解[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，36（2）：238-241.