露天深孔爆破振動(dòng)控制技術(shù)

黃 政，宋耀東，張輝平，姜 霆，胡 勇

(四川中鼎爆破工程有限公司， 四川 成都 610041)

0 引 言

貴州遵義某灰石礦，礦區(qū)面積達(dá)0.9527 km2，主要開采方式為露天開采，礦山生產(chǎn)能力為200萬t/a。周邊300 m范圍內(nèi)群眾全部搬遷，無重要保護(hù)對(duì)象；600 m范圍內(nèi)存在群眾聚居，房屋構(gòu)造多為毛石房屋和土坯房，抗震性能較差，根據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2014）規(guī)定，最大允許振速根據(jù)頻率不同，分別為0.45，0.9，1.5 cm/s。

1 爆破振動(dòng)的危害

爆破振動(dòng)的主要危害在于對(duì)周邊建（構(gòu)）筑物的破壞，對(duì)周圍人、動(dòng)物等引起不適感覺。

1.1 爆破振動(dòng)對(duì)建（構(gòu)）筑物的影響機(jī)理

爆破振動(dòng)對(duì)建筑物的影響主要在于爆破振動(dòng)引起建筑物在水平和垂直方向發(fā)生振動(dòng)位移，長時(shí)間的影響會(huì)導(dǎo)致建筑物變形，當(dāng)變量超過安全值時(shí)，就會(huì)影響建筑物的安全性，導(dǎo)致建筑物存在較大的安全隱患。

1.2 爆破振動(dòng)對(duì)人、動(dòng)物的影響

當(dāng)爆破振動(dòng)較大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生空氣沖擊波、噪音等危害，這種空氣沖擊波、噪音常常在過往行人和附近居民毫無心理準(zhǔn)備中突然發(fā)生。由于噪音強(qiáng)度通常超過100 dB，甚至高達(dá)100～500 dB，頻率高，而且伴隨強(qiáng)烈的沖擊波。因此，會(huì)對(duì)居民造成聽力損傷，并伴隨劇烈耳鳴、暈眩、惡心嘔吐等癥狀。

2 減小爆破振動(dòng)的措施

從降振和減振的技術(shù)措施來說，主要手段有以下幾種：

（1）從爆源上進(jìn)行控制；

（2）從傳播途徑進(jìn)行控制；

（3）減小受振對(duì)象的吸振。

通常第一種和第三種情況可以通過工程措施進(jìn)行優(yōu)化。

2.1 從爆源上進(jìn)行控制

2.1.1 改變布孔方式，調(diào)整起爆方向

自由面是爆破施工中的重要環(huán)節(jié)，自由面的存在個(gè)數(shù)及大小類型等都對(duì)爆破振動(dòng)有著很大影響，對(duì)單個(gè)自由面、兩個(gè)自由面、三個(gè)自由面進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)自由面條件越好，爆破振動(dòng)速度越小，自由面主要通過布孔和起爆順序的設(shè)計(jì)來控制。

（1）選擇合理的炮孔密集系數(shù)（孔距與排距之比），達(dá)到最小化后沖，防止炮孔能量不能充分地起到拋擲破碎的效果，轉(zhuǎn)化成地震波和空氣沖擊波等。

（2）巖體破碎后膨脹，根據(jù)松散系數(shù)計(jì)算一般需要 30%～40%額外補(bǔ)償空間，選擇自由面比較充分地布孔方式，預(yù)防由于補(bǔ)償空間不足導(dǎo)致振動(dòng)加強(qiáng)。

（3）設(shè)計(jì)合適的起爆網(wǎng)路，使先爆炮孔為后爆炮孔創(chuàng)造出良好的自由面。

2.1.2 調(diào)整裝藥結(jié)構(gòu)

根據(jù)理論研究表明，采用低爆速的炸藥和間隔裝藥可以起到減振的效果，這就要求盡量使用低爆速的炸藥。根據(jù)科學(xué)研究表明，孔內(nèi)炸藥的爆速和起爆藥包的爆速成正相關(guān)關(guān)系（如圖 1所示）。通過改變起爆藥包的爆速來降低周圍炸藥的爆速，從而起到減振的作用。將之前使用的起爆彈裝換成32乳化炸藥，一般采取5根32乳化炸藥捆綁作為一個(gè)起爆體，但是由于32乳化炸藥爆速為3800 m/s，爆速與起爆彈相比要低得多，根據(jù)圖1中正相關(guān)關(guān)系來看，采用乳化炸藥引爆主裝藥比使用起爆彈引爆主裝藥在爆破過程中的爆速將會(huì)更低。

具體裝藥結(jié)構(gòu)見圖2。

圖1 起爆體爆速影響周圍被激發(fā)炸藥的爆速

圖2 裝藥結(jié)構(gòu)

（1）炮孔底部裝直徑90 mm乳化炸藥，主要目的是防止底部滲水同時(shí)加強(qiáng)底部裝藥克服根底。

（2）起爆體放置在臺(tái)階底部水平位置，最大限度地克服底部阻力。

（3）起爆體上部裝散裝炸藥，以便確保起爆體和炸藥完全耦合，同時(shí)避免投放條狀炸藥對(duì)起爆體產(chǎn)生沖擊。

（4）裝藥最上部在保證堵塞長度的前提下采用編織袋卡在孔口使炮孔形成空氣間隔，起到上部緩沖作用。

2.2 從轉(zhuǎn)播途徑上進(jìn)行控制

傳播途徑上主要是減小地震波的疊加，可以采用分段起爆，或在爆源和受振點(diǎn)之間增加減振溝。

2.2.1 逐孔起爆

逐孔起爆就是同一排的炮孔按照設(shè)計(jì)好的延期時(shí)間，從起爆孔依次向后傳爆，實(shí)現(xiàn)單個(gè)相鄰炮孔時(shí)間錯(cuò)開起爆的方法，逐孔起爆技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

（1）先爆炮孔始終為后爆炮孔提供自由面；

（2）爆破過程中應(yīng)力波依靠自由面來回反射，巖石在拉應(yīng)力的充分作用下加強(qiáng)破碎；

（3）相鄰炮孔之間由于起爆時(shí)間具有先后性，導(dǎo)致互相碰撞、擠壓充分增加了巖石的二次破碎；

（4）分段起爆，爆破振動(dòng)較小。

2.2.2 選擇合理的微差時(shí)間

分段爆破減振的主要原理是當(dāng)每段爆破單獨(dú)進(jìn)行時(shí)，各段地震波之間沒有相互的干擾和疊加，主要取決于最大一段藥量。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇澳瑞凱高精度雷管，孔間時(shí)間為25 ms/s，排間延期時(shí)間為65 ms/s。

2.2.3 減振溝等工程措施

（1）在采場與居民房屋之間寬2 m，深3 m的兩條減振溝，起到阻止爆破振動(dòng)傳播的途徑。

（2）確保每次爆破為清渣爆破，爆堆有足夠的補(bǔ)償空間。

3 數(shù)據(jù)回歸

礦山采購了NUBOX便攜式測振儀對(duì)礦山的爆破振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測，測試數(shù)據(jù)見表1。

表1 爆破振動(dòng)數(shù)據(jù)

對(duì)表1數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，研究K、a值，再通過K、a值進(jìn)行爆破振動(dòng)距離計(jì)算，確定地震波的安全距離。

目前，國內(nèi)外常采用薩道夫斯基公式預(yù)測爆破振動(dòng)：

式中，V為質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，cm/s；Q為爆破裝藥量，齊發(fā)爆破時(shí)取總藥量，分段延遲爆破時(shí)為最大段裝藥量，kg；R為爆源至測點(diǎn)的距離，簡稱爆心距，m；K、α為與場地地質(zhì)條件、巖體特性、爆破條件以及爆破區(qū)域觀測點(diǎn)或建（構(gòu)）筑、防護(hù)目標(biāo)相對(duì)位置等有關(guān)的常數(shù)。

回歸方法如下：

通過計(jì)算：K=EXP(5.0488)=155.835，根據(jù) K值的取值范圍，取155。a=1.499，根據(jù)取值范圍取值為1.5。

表2 爆破振動(dòng)回歸數(shù)據(jù)

4 爆破振速

爆破地震波安全距離按下式計(jì)算：

式中，V為質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，cm/s；R為質(zhì)點(diǎn)到爆破中心的距離（m），測振儀測試點(diǎn)分為100 m，150 m。K為與地形地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和指數(shù)，k=155,a=1.5。Q為爆破最大一段藥量，kg，取135 kg。

經(jīng)計(jì)算，100 m處V為1.8 cm/s，150 m處V為 0.98 cm/s。計(jì)算結(jié)果與實(shí)時(shí)監(jiān)測的數(shù)據(jù)較為接近，能夠提前理論上預(yù)測振速。

5 結(jié) 語

爆破振動(dòng)是礦山爆破的最大危害之一，嚴(yán)重影響礦群關(guān)系，同時(shí)給居民生活帶來較大影響，這就要求不斷通過各種措施來降低爆破振動(dòng)。通過采取多種減振措施后，儀器檢測的爆破振動(dòng)速度明顯減少，周邊群眾體感明顯減弱，礦群關(guān)系得到改善。