基于數(shù)碼電子雷管的微差爆破對臨近隧洞降振效果研究

李 偉(陜西金誠杰出釩業(yè)有限責(zé)任公司,陜西西安710000)

1 前言

某露天采場以石英巖及板巖層為主,深部以安山玢巖為主,且節(jié)理裂隙較為發(fā)育,其下部80 m 處有長1 000 余米的東川河引水隧洞過,該引水隧洞圍巖完整性很差,多呈碎塊狀結(jié)構(gòu),局部地段呈散體結(jié)構(gòu),而且在隧洞施工期間曾出現(xiàn)過塌方、冒頂?shù)痊F(xiàn)象[1],圍巖的抗振能力差。

在某露天采場工作平臺上進行高精度雷管普通爆破作業(yè)時,監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示引水隧洞斷面處產(chǎn)生較強的爆破振動數(shù)值,質(zhì)點振動峰值已接近水工引水隧洞的安全警戒值[2]。隨著采場進一步向下延伸,采場爆破震源與隧洞之間的距離會進一步接近,最近距離僅約50 m。普通的爆破作業(yè)技術(shù)已經(jīng)不能很好地處理該矛盾,因此探索既能保證礦山正常生產(chǎn),又能保證東川河引水隧洞安全運行的爆破工藝,已成為保證生產(chǎn)運行的當(dāng)務(wù)之急。因此,本文引入數(shù)碼電子雷管爆破技術(shù),并開展相應(yīng)研究。

2 數(shù)碼電子雷管的優(yōu)勢

數(shù)碼電子雷管具有如下優(yōu)勢:

(1)數(shù)碼電子雷管采用電子芯片來實現(xiàn)延期時間的控制,延時可以在0～1 600 ms 精確設(shè)置,誤差小于±1 ms,相比高精度導(dǎo)爆管雷管,延期時間范圍大幅度增加,且誤差不會累加。

(2)爆破方案設(shè)計靈活、精細?？稍?～1 600 ms精確設(shè)置炮孔的延期時間,不會出現(xiàn)跳段和竄段的現(xiàn)象。

(3)爆破網(wǎng)路中所有延時通過孔內(nèi)雷管實現(xiàn),無需地表延時雷管連接,節(jié)省雷管費用。

(4)爆破網(wǎng)路通過起爆器檢測,理論上任何漏連和網(wǎng)路缺陷都可以提前發(fā)現(xiàn),清晰可靠,進一步提高了現(xiàn)場作業(yè)的安全性。

3 工業(yè)試驗

3.1 爆破參數(shù)

某露天采場巖石硬度系數(shù)f=8～12,深孔爆破臺階高度位12 m,炮孔直徑為250 mm,按三角形布置鉆孔,鉆孔角度為90°,設(shè)計孔深為13 m,孔距為8～9 m,排距為6～7 m,孔底集中裝藥量為400～430 kg/孔,堵塞長度為6～7 m,底盤抵抗線為7 m,采用炸藥混裝車裝藥。

3.2 爆破振動監(jiān)測方案

1)測點布置

在隧洞6 個斷面布置12 個點位,在工作平盤和非工作平臺上線性布置若干點,采用TC-4850 動態(tài)測試儀三通道并行進行爆破振動信號的采集[3]。隧道測點布置如圖1所示,露天采場臺階測點布置如圖2所示。

圖1 隧洞測點布置示意圖

圖2 臺階測點布置示意圖

2)傳感器的安裝

為了能可靠地得到爆破振動或結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的記錄,傳感器必須與測點的表面牢固地結(jié)合在一起,否則在爆破振動時往往會導(dǎo)致傳感器松動、滑動,使信號完全失真。采用石膏來黏接安裝。隧洞內(nèi)傳感器被固定在U 型鐵夾內(nèi),U 型鐵夾錨固在隧洞內(nèi)壁,如圖3所示;平盤上傳感器安裝在基巖上[4],如圖4所示。傳感器3 個方向分配為:X方向為水平切向,Y方向為水平徑向(指向爆源),Z方向為垂直方向(豎直朝上)。傳感器的接線用六類防屏蔽的網(wǎng)路線接長。測試時把記錄儀接上,在爆破前接通電源,開始采集數(shù)據(jù)。

圖3 隧洞斷面?zhèn)鞲衅靼惭b

圖4 平盤上傳感器安裝

3.3 數(shù)碼電子雷管試驗準備

試驗項目共使用了800 發(fā)數(shù)碼電子雷管,準爆率100%,所有試驗組網(wǎng)連接可靠,通信正常,起爆順利。

3.4 延期時間的選取

1)孔間延時的確定

保持排間延時與高精度導(dǎo)爆管排間延時相同,即中間排延時65 ms,最后排延時100 ms。排間延期時間固定[5],調(diào)整孔間延時,選取孔間延時依次為10 ms、25 ms、30 ms、42 ms 的4 組典型的距離振動曲線進行比較,每組單響藥量為430 kg,如圖5所示。

圖5 孔間延期的距離振動曲線

由圖5 可以看出,爆心距離固定,當(dāng)孔間延期時間在10～30 ms 時,爆破振動速度隨著延期時間的增大而降低,但當(dāng)延期時間進一步增大至42 ms 時,爆破振動速度又隨之增大。因此,確定孔間最優(yōu)延期時間為30 ms。

2)排間延時的確定

孔間延時固定后,調(diào)整排間延期時間。選取確定的最優(yōu)孔間延期時間30 ms,調(diào)整排間延時依次為60 ms/100 ms(中間排/最后排)、65 ms/100 ms(中間排/最后排)、75 ms/100 ms(中間排/最后排)、80 ms/100 ms(中間排/最后排)的4 組典型的距離振動曲線進行比較,每組單響藥量為430 kg,如圖6所示。

圖6 排間延期的距離振動曲線

由圖6 可以看出,爆心距離固定,當(dāng)排間延期時間在60～75 ms 時,爆破振動速度隨著延期時間的增大而降低,但當(dāng)延期時間進一步增大至80 ms 時,爆破振動速度又隨之上升。可見,排間延期時間為75 ms 時降振效果最佳。

綜上所述,在結(jié)合高精度導(dǎo)爆管雷管試驗的基礎(chǔ)上,調(diào)整數(shù)碼雷管的孔間和排間延期時間,進行相同環(huán)境的多次振動監(jiān)測試驗,通過選取以上8 組典型爆破振動距離曲線進行對比分析,確定孔間延期30 ms、排間延期75 ms 時具有明顯的減振優(yōu)勢。

4 數(shù)碼雷管和導(dǎo)爆管雷管降振效果對比分析

4.1 常規(guī)爆破試驗

為了使爆破實驗數(shù)據(jù)具有可比性,采用同一區(qū)域、同等規(guī)模、相同爆破參數(shù)的多次爆破系列對比試驗。因此,在某露天隧洞上方1212、1224、1236 平盤采用相同孔網(wǎng)參數(shù)進行了數(shù)組常規(guī)高精度雷管爆破試驗。

選取數(shù)碼電子雷管孔網(wǎng)延時參數(shù)為孔間30 ms、排間75 ms/100 ms(中間排/最后排),選取高精度導(dǎo)爆管雷管孔網(wǎng)延時參數(shù)為孔間25 ms/42 ms,排間65 ms/100 ms(中間排/最后排)。

4.2 振動數(shù)據(jù)采集分析

在隧洞內(nèi)部和采場平盤上分別布置多個監(jiān)測點,對于爆破振動速度的測量主要采用X、Y、Z三通道進行采集。為了比較數(shù)碼雷管與普通導(dǎo)爆管雷管的降振效果,以質(zhì)點振動速度峰值和主頻為指標進行分析[6]。采用高精度雷管爆破振動數(shù)據(jù)見表1 和圖7,采用數(shù)碼電子雷管爆破振動數(shù)據(jù)見表2 和圖8。

圖7 高精度雷管爆破振動速度-距離曲線圖

圖8 電子數(shù)碼雷管爆破振動速度-距離曲線圖

由表1 和表2 可知,在爆心距基本相同的情況下,采用數(shù)碼雷管的質(zhì)點速度峰值明顯小于高精度雷管,并且爆心距離越近越明顯;采用數(shù)碼電子雷管的爆破振動主頻(Z方向)高于高精度導(dǎo)爆管雷管。根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB6722—2014)中對水工隧洞允許的爆破震動的規(guī)定,爆破振動頻率f≤10 Hz時,允許質(zhì)點振動速度為7～8 cm/s;頻率為10 Hz≤f≤50 Hz 時,允許振速為8～10 cm/s;當(dāng)f＞50 Hz時,允許振速為10～15 cm/s。由此可見,采用數(shù)碼電子雷管更有利于爆破振動的控制。

表1 高精度雷管爆破振動速度和頻率表

表2 數(shù)碼電子雷管爆破振動速度和頻率表

從圖7 和圖8 可以看出,現(xiàn)場多次試驗符合爆破震動的傳播衰減規(guī)律,有部分點位由于現(xiàn)場地質(zhì)區(qū)域點的變化引起震動幅值的波動。以水工隧道的安全控制標準為依據(jù),圖7、圖8 分別對應(yīng)顯示振速為7 cm/s、8 cm/s、10 cm/s、15 cm/s 所對應(yīng)的爆破安全臨界距離,見表3。

表3 不同雷管下爆破安全允許距離

由表3 可見,在相同振動速度要求下,電子數(shù)碼雷管相對于高精度導(dǎo)爆管雷管,爆破點到東川河隧洞的安全允許距離占明顯優(yōu)勢。在相同爆心距離條件下,用振動速度峰值的差值進行比較,可計算出電子數(shù)碼雷管相對于高精度導(dǎo)爆管雷管的減振率為22.7%,可用下式表示:

δ=(m-m′)/m×100%

式中:δ——減振率;

m——相同振動速度下高精度雷管的安全距離,m;

m′——相同振動速度下數(shù)碼電子雷管的安全距離,m。

5 爆破效果評價

運用數(shù)碼雷管在距離東川河隧洞50 m 范圍進行爆破作業(yè),爆破規(guī)模30 個孔,總裝藥量12 900 kg,單響最大藥量430 kg,采用逐孔起爆設(shè)計。爆破時進行振動測試,最大振動速度峰值為8.160 cm/s,振動頻率為15～23 Hz,測振數(shù)據(jù)在《爆破安全規(guī)程》(GB6722—2014)中對水工隧洞允許的爆破震動的規(guī)定的標準之內(nèi),屬于安全爆破。爆破后及時查看隧洞內(nèi)部情況,未見裂縫、坍塌、突起出現(xiàn),表面無異常情況發(fā)生。可見,電子數(shù)碼雷管延期時間選取合理,能保證東川河隧洞安全運行,保障生產(chǎn)任務(wù)順利完成。

6 結(jié)論

通過相同環(huán)境對比試驗發(fā)現(xiàn),數(shù)碼電子雷管具有良好的降振作用,與高精度導(dǎo)爆管雷管相比具有明顯優(yōu)勢。結(jié)論如下:

(1)通過對比分析,適合本文項目條件的延期時間為孔間延期30 ms、排間延期75 ms。該參數(shù)可有效降低爆破振動,提高爆破振動的主頻,對保護東川河引水隧洞的穩(wěn)定發(fā)揮較好作用。根據(jù)實驗結(jié)果,電子雷管的減震率為22.7%。

(2)本次工業(yè)試驗是在多次對比驗證的條件下取得的較優(yōu)延期時間參數(shù),適合目前生產(chǎn)需求,隨著試驗數(shù)據(jù)的進一步累計,可對孔間、排間延期時間進行進一步優(yōu)化,以尋求更好的延期搭配時間,使爆破振動影響最低。