基于數(shù)碼電子雷管的微差爆破對(duì)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(tái)上進(jìn)行高精度雷管普通爆破作業(yè)時(shí),監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示引水隧洞斷面處產(chǎn)生較強(qiáng)的爆破振動(dòng)數(shù)值,質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)峰值已接近水工引水隧洞的安全警戒值[2]。隨著采場進(jìn)一步向下延伸,采場爆破震源與隧洞之間的距離會(huì)進(jìn)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(yùn)行的爆破工藝,已成為保證生產(chǎn)運(yùn)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(shì)

數(shù)碼電子雷管具有如下優(yōu)勢(shì):

(1)數(shù)碼電子雷管采用電子芯片來實(shí)現(xiàn)延期時(shí)間的控制,延時(shí)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(shí)間范圍大幅度增加,且誤差不會(huì)累加。

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

(3)爆破網(wǎng)路中所有延時(shí)通過孔內(nèi)雷管實(shí)現(xiàn),無需地表延時(shí)雷管連接,節(jié)省雷管費(fèi)用。

(4)爆破網(wǎng)路通過起爆器檢測(cè),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(jìn)一步提高了現(xiàn)場作業(yè)的安全性。

3 工業(yè)試驗(yàn)

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(tái)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(jì)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(dòng)監(jiān)測(cè)方案

1)測(cè)點(diǎn)布置

在隧洞6 個(gè)斷面布置12 個(gè)點(diǎn)位,在工作平盤和非工作平臺(tái)上線性布置若干點(diǎn),采用TC-4850 動(dòng)態(tài)測(cè)試儀三通道并行進(jìn)行爆破振動(dòng)信號(hào)的采集[3]。隧道測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示,露天采場臺(tái)階測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示。

圖1 隧洞測(cè)點(diǎn)布置示意圖

圖2 臺(tái)階測(cè)點(diǎn)布置示意圖

2)傳感器的安裝

為了能可靠地得到爆破振動(dòng)或結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的記錄,傳感器必須與測(cè)點(diǎn)的表面牢固地結(jié)合在一起,否則在爆破振動(dòng)時(shí)往往會(huì)導(dǎo)致傳感器松動(dòng)、滑動(dòng),使信號(hào)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(gè)方向分配為:X方向?yàn)樗角邢?Y方向?yàn)樗綇较?指向爆源),Z方向?yàn)榇怪狈较?豎直朝上)。傳感器的接線用六類防屏蔽的網(wǎng)路線接長。測(cè)試時(shí)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(yàn)準(zhǔn)備

試驗(yàn)項(xiàng)目共使用了800 發(fā)數(shù)碼電子雷管,準(zhǔn)爆率100%,所有試驗(yàn)組網(wǎng)連接可靠,通信正常,起爆順利。

3.4 延期時(shí)間的選取

1)孔間延時(shí)的確定

保持排間延時(shí)與高精度導(dǎo)爆管排間延時(shí)相同,即中間排延時(shí)65 ms,最后排延時(shí)100 ms。排間延期時(shí)間固定[5],調(diào)整孔間延時(shí),選取孔間延時(shí)依次為10 ms、25 ms、30 ms、42 ms 的4 組典型的距離振動(dòng)曲線進(jìn)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(dòng)曲線

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

2)排間延時(shí)的確定

孔間延時(shí)固定后,調(diào)整排間延期時(shí)間。選取確定的最優(yōu)孔間延期時(shí)間30 ms,調(diào)整排間延時(shí)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(dòng)曲線進(jìn)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(dòng)曲線

由圖6 可以看出,爆心距離固定,當(dāng)排間延期時(shí)間在60～75 ms 時(shí),爆破振動(dòng)速度隨著延期時(shí)間的增大而降低,但當(dāng)延期時(shí)間進(jìn)一步增大至80 ms 時(shí),爆破振動(dòng)速度又隨之上升?？梢?排間延期時(shí)間為75 ms 時(shí)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(yàn)的基礎(chǔ)上,調(diào)整數(shù)碼雷管的孔間和排間延期時(shí)間,進(jìn)行相同環(huán)境的多次振動(dòng)監(jiān)測(cè)試驗(yàn),通過選取以上8 組典型爆破振動(dòng)距離曲線進(jìn)行對(duì)比分析,確定孔間延期30 ms、排間延期75 ms 時(shí)具有明顯的減振優(yōu)勢(shì)。

4 數(shù)碼雷管和導(dǎo)爆管雷管降振效果對(duì)比分析

4.1 常規(guī)爆破試驗(yàn)

為了使爆破實(shí)驗(yàn)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(duì)比試驗(yàn)。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(jìn)行了數(shù)組常規(guī)高精度雷管爆破試驗(yàn)。

選取數(shù)碼電子雷管孔網(wǎng)延時(shí)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(shí)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(dòng)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(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),對(duì)于爆破振動(dòng)速度的測(cè)量主要采用X、Y、Z三通道進(jìn)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(diǎn)振動(dòng)速度峰值和主頻為指標(biāo)進(jìn)行分析[6]。采用高精度雷管爆破振動(dòng)數(shù)據(jù)見表1 和圖7,采用數(shù)碼電子雷管爆破振動(dòng)數(shù)據(jù)見表2 和圖8。

圖7 高精度雷管爆破振動(dòng)速度-距離曲線圖

圖8 電子數(shù)碼雷管爆破振動(dòng)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(diǎn)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(dòng)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(duì)水工隧洞允許的爆破震動(dòng)的規(guī)定,爆破振動(dòng)頻率f≤10 Hz時(shí),允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度為7～8 cm/s;頻率為10 Hz≤f≤50 Hz 時(shí),允許振速為8～10 cm/s;當(dāng)f＞50 Hz時(shí),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(dòng)的控制。

表1 高精度雷管爆破振動(dòng)速度和頻率表

表2 數(shù)碼電子雷管爆破振動(dòng)速度和頻率表

從圖7 和圖8 可以看出,現(xiàn)場多次試驗(yàn)符合爆破震動(dòng)的傳播衰減規(guī)律,有部分點(diǎn)位由于現(xiàn)場地質(zhì)區(qū)域點(diǎn)的變化引起震動(dòng)幅值的波動(dòng)。以水工隧道的安全控制標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù),圖7、圖8 分別對(duì)應(yīng)顯示振速為7 cm/s、8 cm/s、10 cm/s、15 cm/s 所對(duì)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(dòng)速度要求下,電子數(shù)碼雷管相對(duì)于高精度導(dǎo)爆管雷管,爆破點(diǎn)到東川河隧洞的安全允許距離占明顯優(yōu)勢(shì)。在相同爆心距離條件下,用振動(dòng)速度峰值的差值進(jìn)行比較,可計(jì)算出電子數(shù)碼雷管相對(duì)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(dòng)速度下高精度雷管的安全距離,m;

m′——相同振動(dòng)速度下數(shù)碼電子雷管的安全距離,m。

5 爆破效果評(píng)價(jià)

運(yùn)用數(shù)碼雷管在距離東川河隧洞50 m 范圍進(jìn)行爆破作業(yè),爆破規(guī)模30 個(gè)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(jì)。爆破時(shí)進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試,最大振動(dòng)速度峰值為8.160 cm/s,振動(dòng)頻率為15～23 Hz,測(cè)振數(shù)據(jù)在《爆破安全規(guī)程》(GB6722—2014)中對(duì)水工隧洞允許的爆破震動(dòng)的規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi),屬于安全爆破。爆破后及時(shí)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?？梢?電子數(shù)碼雷管延期時(shí)間選取合理,能保證東川河隧洞安全運(yùn)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(duì)比試驗(yàn)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(shì)。結(jié)論如下:

(1)通過對(duì)比分析,適合本文項(xiàng)目條件的延期時(shí)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(dòng),提高爆破振動(dòng)的主頻,對(duì)保護(hù)東川河引水隧洞的穩(wěn)定發(fā)揮較好作用。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,電子雷管的減震率為22.7%。

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