降振爆破技術(shù)在露天礦山的應(yīng)用

李帥，謝亮波，顧紅建，楊海濤

(1.安徽馬鋼礦業(yè)資源集團(tuán)南山礦業(yè)有限公司，安徽 馬鞍山市 243000；2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司，安徽 馬鞍山市 243000)

0 引言

露天礦山爆破作業(yè)會產(chǎn)生多種危害，其中爆破振動和沖擊波造成的有害效應(yīng)較為突出，不僅會對鄰近建（構(gòu)）筑物的地基和結(jié)構(gòu)造成破壞，而且也常常影響著附近居民的正常生活。如何采取有效的降振爆破技術(shù)，降低爆破振動對周邊環(huán)境的有害效應(yīng)和負(fù)面影響，對于保障礦山的正常持續(xù)生產(chǎn)、促進(jìn)礦區(qū)與地方的和諧發(fā)展，具有重要且緊迫的現(xiàn)實(shí)意義。

某露天金屬礦山設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為300 萬t/a，礦區(qū)距離城市東環(huán)路僅1.5 km，近乎是城市中的礦山。礦區(qū)周邊分布有多個村莊，該礦山的日常爆破作業(yè)，對鄰近建（構(gòu)）筑物造成的震感較為明顯，引起當(dāng)?shù)夭糠志用竦牟粷M，因此，礦地矛盾糾紛時有發(fā)生，對礦山持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)和居民正常生產(chǎn)生活帶來不利影響。本研究通過采用“孔底軟塞+逐孔起爆”降振爆破技術(shù)，降低爆破過程中的有害效應(yīng)，達(dá)到有效控制爆破振動的目的。

1 降振爆破技術(shù)分析

1.1 孔底軟塞爆破技術(shù)

孔底軟塞爆破作用機(jī)理是：當(dāng)在孔底放置軟塞時，在炸藥爆炸產(chǎn)生的應(yīng)力波與爆生氣體的共同作用下，其準(zhǔn)靜態(tài)壓力的峰值隨其作用膨脹體積的增大而相應(yīng)下降，壓縮應(yīng)力波隨其在介質(zhì)中傳播距離的增加而急劇衰減[1?2]。因此，在炮孔底部放置軟塞不但能夠降低爆破初始脈沖壓力峰值，將部分能量儲存在軟塞中，延長整個炮孔的爆破作用時間，而且可以使能量沿炮孔的分布更趨于均勻，減少在壓縮區(qū)的能量損失，進(jìn)而提高爆破能量利用率，改善爆破效果。

1.2 逐孔順序起爆技術(shù)

高精度導(dǎo)爆管雷管逐孔起爆技術(shù)主要是通過孔內(nèi)和孔外不同延期段高精度導(dǎo)爆管雷管之間的配合使用，爆區(qū)內(nèi)位于同一排的炮孔依照延期時間自起爆點(diǎn)依次起爆，同時，爆區(qū)內(nèi)排間炮孔則依照另一延期時間依次向后排傳爆，進(jìn)而使爆區(qū)內(nèi)相鄰炮孔的起爆時間錯開，因此每個炮孔的起爆是相對獨(dú)立的。

逐孔起爆技術(shù)的特點(diǎn)是：在逐孔起爆的過程中，先爆炮孔為后爆炮孔多創(chuàng)造了一個自由面，爆炸應(yīng)力波依靠自由面充分反射，巖石實(shí)現(xiàn)加強(qiáng)破碎，鄰近炮孔爆破時發(fā)生互相碰撞與擠壓[3]，炸藥能量疊加作用得到充分利用，增強(qiáng)了巖石二次破碎，進(jìn)而改善了爆破效果，而且能夠使一次爆破最大一段裝藥量取決于最大單孔裝藥量，從而減少同段爆破藥量，最大程度地減弱爆破振動。逐孔起爆網(wǎng)絡(luò)連接圖如圖1 所示，其敷設(shè)方法為：孔內(nèi)同段，地表分段。

圖1 逐孔起爆網(wǎng)絡(luò)連接

目前國內(nèi)高精度導(dǎo)爆管雷管起爆系統(tǒng)大多使用的是非電導(dǎo)爆管雷管，這種導(dǎo)爆管雷管不但可以精確地控制時間，確保自由面的準(zhǔn)時和穩(wěn)定形成，而且能夠可靠地引爆乳化炸藥、硝銨類炸藥，其導(dǎo)爆管具有極高的強(qiáng)度和抗沖擊、耐摩擦性能，可以承受正常使用時的各種摩擦及沖擊。在該礦山的爆破過程中，考慮到爆破器材現(xiàn)狀，并結(jié)合以往的爆破經(jīng)驗(yàn)，決定采用高精度導(dǎo)爆管雷管逐孔順序起爆，以降低爆破振動對周圍建（構(gòu)）筑物的影響。

2 孔底軟塞與高精度雷管逐孔起爆降振試驗(yàn)

2.1 現(xiàn)場試驗(yàn)過程

為降低爆破振動，在該露天礦山?24 m 臺階、?12 m 臺階共進(jìn)行了4 次“孔底軟塞+高精度導(dǎo)爆管雷管逐孔起爆”降振爆破現(xiàn)場試驗(yàn)。爆破試驗(yàn)采用露天深孔爆破工藝，臺階高度為12 m，使用QYDZ-165 高風(fēng)壓露天液壓潛孔鉆機(jī)穿孔，穿孔角度為90°，炮孔深度為14～14.5 m，超深為2～2.5 m，炮孔直徑為200 mm。炮孔孔距為8 m，排距為4.5～5 m，抵抗線為8～12 m。在裝填炸藥之前，首先在孔底放置長度約為0.8 m 的軟塞，在干孔內(nèi)進(jìn)行裝藥時，軟塞直接放入孔底；在水孔內(nèi)進(jìn)行裝藥時，先在軟塞內(nèi)部放入適量的水和碎石，再把軟塞慢慢沉入孔底?？椎总浫b置如圖2 所示。

圖2 孔底軟塞裝置

采用條型巖石乳化藥包人工裝藥，乳化炸藥直徑為170 mm，密度為1.10 g/cm3，殉爆距離≥5 cm，爆速≥3200 m/s。礦巖爆破總量為6.71 萬t，炸藥總量為26.76 t。爆破采用澳瑞凱高精度毫秒延期導(dǎo)爆管雷管，逐孔爆破采用25 ms 等微差順序起爆。每次試驗(yàn)均選取3 個不同的爆心距，采用TC3850型測振儀對爆破振動速度進(jìn)行實(shí)測。爆破試驗(yàn)參數(shù)見表1，爆破試驗(yàn)降振效果見表2。

表1 爆破試驗(yàn)參數(shù)

表2 爆破試驗(yàn)降振效果

地面質(zhì)點(diǎn)振動速度根據(jù)爆破振動薩道夫斯基公式計(jì)算：

式中，v為地面質(zhì)點(diǎn)的峰值振動速度，cm/s；R為爆破點(diǎn)與計(jì)算點(diǎn)（或者觀測點(diǎn)）之間的距離，即爆心距，m；Q為裝藥量（當(dāng)齊發(fā)爆破時為總裝藥量，當(dāng)延遲爆破時為最大一段裝藥量），kg；K、α為代表與觀測點(diǎn)（或者計(jì)算點(diǎn)）到爆源之間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減系數(shù)，根據(jù)該礦山前期爆破實(shí)測數(shù)據(jù)資料，這里K=246.6，α=1.5。從式（1）可知，在其他參數(shù)保持不變時，最大單響藥量越小，其產(chǎn)生的爆破振動也越小。

2.2 降振效果分析

（1）改善爆破效果?，F(xiàn)場試驗(yàn)表明，軟塞爆破效果良好，且爆堆較為集中，方便鏟裝，根據(jù)實(shí)際測算，鏟裝效率能夠提升5%左右。爆堆形狀如圖3 所示。

圖3 爆堆形狀

（2）降低爆破振動強(qiáng)度。在爆破時，由于孔底軟塞墊層的存在，使得爆炸沖擊波對孔壁和孔底平面的沖擊大大減小，從而進(jìn)一步降低了爆破地震強(qiáng)度。從表2 可以看出，與不加填軟塞爆破相比，軟塞爆破在爆心距25 m 范圍爆破振動降低率為14.2%～18.2%，在爆心距50 m 范圍，爆破振動降低率為11.7%～15.7%，在爆心距100 m 范圍，爆破振動降低率為3.2%～6.5%，表明孔底軟塞爆破降振效果較好，而且爆心距越小，降振效果越明顯。

（3）采用高精度導(dǎo)爆管雷管逐孔順序起爆，能夠讓先爆炮孔產(chǎn)生的振動波和后爆炮孔產(chǎn)生的振動波之間發(fā)生互相干擾，或者峰值不能疊加在一起而錯開，降低爆破產(chǎn)生的最大峰值和最大段藥量，進(jìn)而減弱了爆破振動。

3 結(jié)語

在該礦山應(yīng)用“孔底軟塞+逐孔順序起爆”控制爆破技術(shù)后，有效降低了爆破振動強(qiáng)度，減少了爆破振動危害，不僅有利于保護(hù)采場邊幫的長期穩(wěn)定，改善工作面的作業(yè)環(huán)境，而且減弱了對礦區(qū)鄰近建（構(gòu)）筑物的影響，保障了礦山的安全生產(chǎn)和周邊環(huán)境的穩(wěn)定，促進(jìn)了礦山與地方的和諧相處、共同發(fā)展。