毫秒延時(shí)爆破等效單響藥量計(jì)算及振速預(yù)測 *

何 理，楊仁樹，鐘東望，李 鵬，吳春平，陳江偉

（1.北京科技大學(xué)土木與資源工程學(xué)院，北京 100083；2.武漢科技大學(xué)冶金工業(yè)過程系統(tǒng)科學(xué)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430065；3.長江科學(xué)院水利部巖土力學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430010；4.礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京 100160；5.中國建筑第七工程局有限公司，河南 鄭州 450004）

爆破工程實(shí)踐中，質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度vp的預(yù)測最常用的方法是基于經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)振動(dòng)實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸統(tǒng)計(jì)分析[1-5]。其中，比例距離公式用于振動(dòng)實(shí)測數(shù)據(jù)回歸分析最為簡單方便，是國內(nèi)外爆破從業(yè)人員進(jìn)行vp預(yù)測的首選[6-9]。vp回歸分析預(yù)測的關(guān)鍵在于準(zhǔn)確確定比例距離公式中各測點(diǎn)峰值振速對(duì)應(yīng)的單響藥量Q與爆心距R。然而，大量理論與試驗(yàn)研究表明，短毫秒延時(shí)爆破情況下，相鄰段別爆破地震波產(chǎn)生干擾疊加，難以高效、準(zhǔn)確確定實(shí)際單響藥量[10]。有學(xué)者提出了短毫秒延時(shí)爆破情況下等效單響藥量的取值方法[11-15]，然而借助薩道夫斯基公式利用現(xiàn)場爆破振動(dòng)實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析時(shí)，回歸分析的相關(guān)性并不高，近距離的爆破振動(dòng)峰值計(jì)算誤差最高達(dá)200%～300%，遠(yuǎn)距離的計(jì)算誤差也很大[16]。因此，考慮分段爆破地震波疊加因素對(duì)單響藥量取值的影響，提出可行的等效藥量取值方法有待進(jìn)行深入研究。鑒于此，許多科研人員通過概率算法[17]、遺傳算法[18-19]、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法[20]、分類回歸樹方法[21]、粒子群算法[22-23]等數(shù)值方法對(duì)生產(chǎn)爆破實(shí)踐中振動(dòng)速度進(jìn)行預(yù)測，大大提高了預(yù)測精度。除此之外，也有研究人員開展單孔化爆試驗(yàn)測得種子基波，在考慮傳播場地介質(zhì)屬性對(duì)地震波衰減耗散因素的基礎(chǔ)上，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)通過線性[24-26]或非線性疊加[27-28]模擬群孔爆破地震波時(shí)程，進(jìn)而對(duì)vp進(jìn)行預(yù)測，還可對(duì)群孔爆破地震波時(shí)頻域信息進(jìn)行準(zhǔn)確解讀。盡管這些先進(jìn)的技術(shù)和方法能夠提高vp預(yù)測精度，而且可獲取更為豐富的地震波時(shí)頻域信息，然而這些方法的應(yīng)用均是以復(fù)雜的計(jì)算機(jī)程序編制以及反復(fù)的程序試算為代價(jià)的，時(shí)間與資源成本較高。并且均是基于復(fù)雜、嚴(yán)密的數(shù)學(xué)方法或理論，對(duì)于從事生產(chǎn)爆破的工程技術(shù)人員而言，應(yīng)用起來不夠便捷高效。因此，建立簡單、有效并適合工程師現(xiàn)場應(yīng)用的vp預(yù)測方法具有極大工程實(shí)際意義。

非電起爆網(wǎng)路中由于雷管延時(shí)誤差原因，一方面，致使相同段號(hào)的雷管延時(shí)存在離散現(xiàn)象，致使同排炮孔齊發(fā)爆破時(shí)各單孔并非在同時(shí)刻起爆；另一方面，可能會(huì)導(dǎo)致相鄰段別地震波產(chǎn)生干擾疊加現(xiàn)象，從而無法準(zhǔn)確確定單響藥量，這些因素都給爆破振動(dòng)速度回歸分析及vp預(yù)測帶來較大困難。設(shè)計(jì)開展單孔爆破與多排孔毫秒延時(shí)爆破振動(dòng)試驗(yàn)研究，系統(tǒng)研究群孔分散裝藥齊發(fā)爆破時(shí)的等效藥量取值方法，在此基礎(chǔ)上考慮毫秒延時(shí)爆破分段振波疊加效應(yīng)，通過引入振波疊加因子，建立短毫秒延時(shí)爆破振動(dòng)速度的預(yù)測方法，為工程爆破一線技術(shù)人員快速、高效評(píng)估爆破振動(dòng)效應(yīng)及其危害提供借鑒。

1 爆破振動(dòng)試驗(yàn)研究

1.1 場地概況

某石油儲(chǔ)備基地?cái)U(kuò)建項(xiàng)目位于剝蝕低山丘陵地貌區(qū)，設(shè)計(jì)規(guī)模為3×106m3，布置1×105m3儲(chǔ)油罐30個(gè)。項(xiàng)目涉及山體邊坡開挖與下穿隧道掘進(jìn)爆破，設(shè)計(jì)邊坡共分9級(jí)放坡，每級(jí)平臺(tái)寬度3 m，山體開采最高標(biāo)高為+130 m，最低標(biāo)高為+4.0 m，坡角范圍為20°～45°。山體表面多為黏土或粉質(zhì)黏土，厚度不等，往下分別為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化、微風(fēng)化晶屑玻屑凝灰?guī)r，大部巖體中等硬度，可爆性和可鉆性都較好[3]。爆破試驗(yàn)擬在坡體高程約+47 m平臺(tái)開展。

1.2 裝藥結(jié)構(gòu)與爆破參數(shù)

試驗(yàn)分為2組，第1組試驗(yàn)包括2次單孔爆破振動(dòng)監(jiān)測，第2組試驗(yàn)利用塑料導(dǎo)爆管雷管設(shè)計(jì)非電起爆網(wǎng)路開展多排孔毫秒延時(shí)爆破振動(dòng)監(jiān)測，采用連續(xù)柱狀裝藥結(jié)構(gòu)，炮孔裝藥結(jié)構(gòu)如圖1所示。振動(dòng)監(jiān)測試驗(yàn)爆破參數(shù)如表1所示。

圖1 炮孔裝藥結(jié)構(gòu)Fig.1 Charge structure of blast-hole

表1 爆破參數(shù)Table1 Blasting parameters

多排孔毫秒延時(shí)起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)見圖2，圖2中孔外傳爆雷管選用MS3段，孔內(nèi)起爆雷管選用MS11段。圖2所示毫秒延時(shí)起爆網(wǎng)路裝藥量統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 毫秒延時(shí)爆破藥量統(tǒng)計(jì)Table2 Charge statistics of millisecond delay blasting

圖2 毫秒延時(shí)起爆網(wǎng)路Fig.2 Initiation network of millisecond delay blasting

1.3 振動(dòng)速度監(jiān)測方案

爆破振動(dòng)測試選用Mini-Blast Ⅰ型爆破振動(dòng)速度測試系統(tǒng)，測試量程為0.001～35 cm/s，頻響范圍為1～500 Hz。為更好適應(yīng)爆破試驗(yàn)現(xiàn)場環(huán)境，設(shè)置采集儀為自動(dòng)工作模式，采樣頻率為10 000 s?1，數(shù)據(jù)采集時(shí)長設(shè)為8 s。

試驗(yàn)場地表面多為松散黏性土，為測得準(zhǔn)確的爆破地震波時(shí)程信號(hào)，需確保振動(dòng)速度傳感器與地面剛性聯(lián)接。因此，在各測點(diǎn)處清除表面松石與黏土，使用水泥砂漿抹平約0.1 m2，在水泥砂漿固化前水平預(yù)制埋入鉆有螺紋孔的10 cm×10 cm×1.5 cm鋼板，制作傳感器固定基座，振動(dòng)監(jiān)測前通過扭緊螺絲將傳感器與基座剛性聯(lián)接[1]。

根據(jù)試驗(yàn)場地情況將測點(diǎn)盡可能布置在同一條測線方向上，測點(diǎn)布置方案如表3所示。振動(dòng)速度監(jiān)測方案如圖3所示。

表3 測點(diǎn)布置方案Table3 Layout scheme of measuring points

圖3 振動(dòng)速度監(jiān)測方案Fig.3 Monitoring scheme of vibration velocity

1.4 數(shù)據(jù)分析與討論

為研究爆破振動(dòng)傳播衰減規(guī)律，選取下述比例距離公式對(duì)振動(dòng)實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析[8-9]：

式中：vp為質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度，cm/s；k、α為場地條件相關(guān)系數(shù)，與爆破方式、裝藥結(jié)構(gòu)、爆破點(diǎn)至監(jiān)測點(diǎn)間的地形、地質(zhì)條件密切相關(guān)[4]；R為爆心距，m；Q為最大單響藥量，kg；Ds為比例距離[7]，m·kg?1/3。

本文中主要對(duì)各測點(diǎn)垂直向vp進(jìn)行回歸分析研究，爆破振動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 爆破振動(dòng)測試數(shù)據(jù)Table4 Blasting vibration test data

為避免非電起爆網(wǎng)路中相鄰段別地震波干擾疊加對(duì)等效藥量取值的影響，從而影響回歸分析結(jié)果導(dǎo)致vp預(yù)測誤差。選取表4中兩次單孔爆破振動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得到單孔爆破振速預(yù)測值vps隨Ds的變化關(guān)系如圖4所示。

圖4 單孔爆破振速隨比例距離的變化關(guān)系Fig.4 Relation between blast vibration velocity for single-hole blasting and scaled distance

由圖4可以看出，在對(duì)數(shù)坐標(biāo)系情況下vps隨Ds近似呈線性關(guān)系，通過線性回歸得到試驗(yàn)場地單孔爆破振速vps預(yù)測公式為：

由于單孔爆破試驗(yàn)不存在分段地震波干擾疊加現(xiàn)象，各數(shù)據(jù)點(diǎn)中的峰值振速、單響藥量及爆心距均嚴(yán)格一一對(duì)應(yīng)，確保了回歸分析數(shù)據(jù)集的準(zhǔn)確性。同時(shí)，圖4顯示數(shù)據(jù)回歸分析擬合度好，相關(guān)性達(dá)到0.937；并且應(yīng)用式（2）計(jì)算得到vps預(yù)測值與實(shí)測值間均方根誤差為0.55 cm/s，平均相對(duì)誤差為7.39%，表明速度預(yù)測公式中的場地條件相關(guān)系數(shù)k=29.923，α=0.767可以真實(shí)反映試驗(yàn)現(xiàn)場裝藥結(jié)構(gòu)、地質(zhì)條件及地形相關(guān)屬性特征，vps預(yù)測公式精度高，用于現(xiàn)場振動(dòng)速度預(yù)測切實(shí)可行，具體數(shù)據(jù)可參見表5。

表5 單孔爆破振速的實(shí)測值與預(yù)測值對(duì)比Table5 Comparison of blast vibration velocity for single-hole blasting between measured and predicted values

2 群孔齊發(fā)爆破時(shí)等效裝藥量取值方法研究

炸藥爆破引起巖土體高度非線性響應(yīng)，線性疊加模型被用來預(yù)測全尺寸群孔爆破振動(dòng)速度的效果不甚理想。Blair[28]依據(jù)比例藥量法則，考慮單孔爆破時(shí)各裝藥單元對(duì)爆心距R處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的非線性貢獻(xiàn)特性，提出了爆破振動(dòng)速度的疊加方法。

圖5炮孔中總裝藥量為Q，共計(jì)M個(gè)裝藥單元，即Q=Mq，各裝藥單元距離振速監(jiān)測點(diǎn)O處的距離為RM，各裝藥單元爆炸在O處激發(fā)的振動(dòng)速度可通過下述非線性函數(shù)計(jì)算：

圖5 單孔爆破振速疊加方法示意圖Fig.5 Schematic diagram of superposition method for vibration velocity in single-hole blasting

式中：vpn為單孔爆破時(shí)第n個(gè)裝藥單元爆炸在O處激發(fā)的振動(dòng)速度，cm/s；n為裝藥單元編號(hào)，n=1～M；A、B為與現(xiàn)場地質(zhì)條件相關(guān)的系數(shù)；q為每個(gè)裝藥單元的TNT等效質(zhì)量，kg。

因此，vp1=AqB。當(dāng)R>>(l1+l2)時(shí)，R=RM，則整個(gè)炮孔裝藥量爆炸在O處引發(fā)的爆破振動(dòng)速度為

非電起爆網(wǎng)路中，假設(shè)將單孔藥量Q平均分裝到M個(gè)炮孔，建立群孔分散裝藥齊發(fā)爆破振速的計(jì)算模型，如圖6所示。

圖6 群孔分散裝藥齊發(fā)爆破振速計(jì)算模型Fig.6 Calculation model of vibration velocity for simultaneous blasting of muti-hole with dispersed charge

因此，可應(yīng)用式（3）依次計(jì)算得到每個(gè)炮孔（單孔藥量為q）在振動(dòng)觀測點(diǎn)O處激發(fā)的振動(dòng)速度。顯而易見的是，由于炸藥爆速極高，達(dá)到5 000 m/s以上[30-31]，圖5單孔爆破時(shí)裝藥段完成爆轟所需時(shí)間非常短，炮孔內(nèi)各裝藥單元可視為同時(shí)刻起爆。然而圖6所示非電起爆網(wǎng)路群孔齊發(fā)爆破情況下，由于同段雷管延時(shí)誤差的隨機(jī)性及導(dǎo)爆管長度差異都可能導(dǎo)致各炮孔的起爆時(shí)刻存在時(shí)間差，并非嚴(yán)格意義上的同時(shí)起爆[32]。并且，各炮孔爆心距差異及振動(dòng)波傳播路徑差異因素也會(huì)造成各孔爆炸地震波傳播到振速觀測點(diǎn)的時(shí)間差異。

其中導(dǎo)爆管長度及爆心距差異因素可通過人為控制，即組網(wǎng)時(shí)盡可能截取相同長度的導(dǎo)爆管，并將振動(dòng)觀測點(diǎn)距離延長、適當(dāng)減小孔距。然而，導(dǎo)爆管雷管實(shí)際延期時(shí)間與其名義延期時(shí)間之間往往存在偏差（負(fù)延時(shí)偏差和正延時(shí)偏差），同時(shí)這些偏差在其置信區(qū)間內(nèi)又是隨機(jī)分布的，致使微差起爆網(wǎng)路跳段或重段現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生[33-34]。實(shí)踐中多排孔毫秒延時(shí)爆破情況下，往往孔外傳爆雷管使用低段別，孔內(nèi)起爆雷管采用高段別。同排炮孔齊發(fā)爆破時(shí)，炮孔內(nèi)部起爆雷管均為相同段號(hào)的高段別雷管，若將傳爆雷管點(diǎn)火計(jì)為0時(shí)刻，則可根據(jù)雷管延時(shí)偏差統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分別計(jì)算出各炮孔的名義起爆時(shí)刻t0為孔內(nèi)、外雷管名義延期時(shí)間之和，炮孔的最早起爆時(shí)刻t1為孔內(nèi)、外雷管名義延期時(shí)間之和減去孔內(nèi)、外雷管負(fù)延時(shí)偏差之和，炮孔的最遲起爆時(shí)刻t2為孔內(nèi)、外雷管名義延期時(shí)間之和加上孔內(nèi)、外雷管正延時(shí)偏差之和。

定義炮孔起爆時(shí)間窗T=[t1，t2]，因此可應(yīng)用上述方法計(jì)算得到圖6群孔齊發(fā)爆破時(shí)各炮孔的起爆時(shí)間窗如圖7所示。

由圖7可直觀看出，由于雷管延時(shí)誤差這一客觀因素，無法確保齊發(fā)爆破時(shí)各炮孔在相同時(shí)刻起爆。因此，依據(jù)式（4）計(jì)算圖6群孔齊發(fā)爆破振動(dòng)速度時(shí)，由于各炮孔爆炸地震波并非同一時(shí)刻到達(dá)振速觀測點(diǎn)，勢必會(huì)造成振速觀測點(diǎn)處各單孔爆炸地震波產(chǎn)生錯(cuò)峰現(xiàn)象，致使觀測點(diǎn)處振動(dòng)速度峰值水平偏低。這表明，群孔分散裝藥齊發(fā)爆破時(shí)等效藥量取這些炮孔裝藥量的算術(shù)和是不合理的。Singh等[35]通過試驗(yàn)研究得到，在總藥量相同情況下，單孔集中裝藥爆破和多孔分散裝藥齊發(fā)爆破振動(dòng)速度相差最高可達(dá)55%，同一觀測點(diǎn)處單孔爆破振動(dòng)速度比齊發(fā)爆破振動(dòng)速度高，印證了前述理論分析的正確性。同時(shí)，Singh等[35]提出在對(duì)齊發(fā)爆破等效藥量進(jìn)行取值時(shí)，可對(duì)炮孔數(shù)目取立方根到平方根進(jìn)行折算，但并未明確何時(shí)取小值、何時(shí)取大值進(jìn)行折算。

圖7 各炮孔起爆時(shí)間窗Fig.7 Detonation time window for each blast-hole

這里引入縮比系數(shù)?對(duì)炮孔數(shù)目M進(jìn)行縮比處理，由數(shù)學(xué)概率理論可知，各炮孔在起爆時(shí)間窗長度范圍內(nèi)任一時(shí)刻起爆的概率均為P0=(t2?t1)?1，則群孔在同一時(shí)刻同時(shí)起爆的概率P=(t2?t1)?M。很顯然，齊發(fā)爆破炮孔數(shù)目M越大，理論上同時(shí)起爆的概率P也就越小，考慮地震波錯(cuò)峰因素觀測點(diǎn)處振動(dòng)合速度越小，齊發(fā)爆破等效藥量值則越小，炮孔數(shù)目的縮比系數(shù)?應(yīng)該越小。工程實(shí)踐中，通常為確保起爆可靠性雙發(fā)雷管綁扎不超過20根導(dǎo)爆管（20個(gè)炮孔）進(jìn)行齊發(fā)爆破，即齊發(fā)爆破炮孔數(shù)2≤M≤20。因此，基于同時(shí)起爆概率P的函數(shù)特性及其對(duì)縮比系數(shù)?的影響規(guī)律，縮比系數(shù)?可通過下述指數(shù)函數(shù)進(jìn)行計(jì)算：

式中：C、D為待定系數(shù)。且式（5）具有下述邊界條件：

聯(lián)合式（5）、（6）即可計(jì)算得到縮比系數(shù)?隨炮孔數(shù)目M的變化關(guān)系如圖8所示。

由此藝術(shù)教育便吸引力我與我的合作者進(jìn)行實(shí)踐，并在領(lǐng)導(dǎo)老師的幫助下，開創(chuàng)了“執(zhí)藝少兒美術(shù)啟蒙班”，帶著對(duì)藝術(shù)教育的理解，以及對(duì)于藝術(shù)教育的信心，面向5～9歲的小學(xué)生展開了課程的教學(xué)，帶領(lǐng)他們體驗(yàn)藝術(shù)教育形式所具有的魅力，從而我們?cè)谡n程編制、教學(xué)方式、教學(xué)理念等方面結(jié)合著藝術(shù)教育學(xué)有了很大的提高：

根據(jù)圖8所示縮比系數(shù)?隨炮孔數(shù)目M的變化關(guān)系，可計(jì)算出本文毫秒延時(shí)起爆網(wǎng)路同段別炮孔數(shù)目的縮比系數(shù)?=0.523×0.9783=0.489。因此，圖2毫秒延時(shí)起爆網(wǎng)路中的最大單響藥量Q=93×30.489kg=159.15 kg，則不同爆心距處的比例距離計(jì)算值見表4。

圖8 縮比系數(shù)隨炮孔數(shù)目的變化關(guān)系Fig.8 Variation relationship between the scaling factor and the blast-hole number

3 考慮振波疊加效應(yīng)的毫秒延時(shí)爆破振速預(yù)測方法

在多孔毫秒延時(shí)爆破情況下，由于裝藥的空間分布、時(shí)間延遲和分段振波疊加影響，每延遲的準(zhǔn)確單響藥量是未知的，測點(diǎn)vp所對(duì)應(yīng)的真實(shí)單響藥量也不得而知。若僅僅依據(jù)起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)統(tǒng)計(jì)最大單響藥量和爆破振動(dòng)速度峰值，很難確保最大單響藥量一定對(duì)應(yīng)出現(xiàn)最大爆破振動(dòng)速度，這樣的簡單統(tǒng)計(jì)方法會(huì)遺漏掉大量的振動(dòng)分析信息，導(dǎo)致回歸分析相關(guān)性差，甚至可能回歸出奇異的k、α值[10,16]。另外考慮到vp預(yù)測方法應(yīng)便捷、高效，從而便于爆破工程技術(shù)人員在現(xiàn)場選用。同時(shí)，從振動(dòng)速度公式場地條件相關(guān)系數(shù)的物理意義出發(fā)，當(dāng)施工現(xiàn)場地質(zhì)、地形條件一定，且不改變裝藥結(jié)構(gòu)和爆破方式的情況下，理論上場地條件相關(guān)系數(shù)（k、α）不應(yīng)隨起爆系統(tǒng)或爆破次數(shù)改變而發(fā)生變化[36]?；诖?，若能在爆破現(xiàn)場應(yīng)用單孔爆破振動(dòng)速度回歸分析得到的場地條件相關(guān)系數(shù)對(duì)群孔爆破振動(dòng)速度進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測則極為便利。

應(yīng)用式（2）可計(jì)算得到毫秒延時(shí)爆破不同測點(diǎn)處振速預(yù)測值vps，如圖9所示。

圖9 毫秒延時(shí)爆破各測點(diǎn)峰值振動(dòng)速度的實(shí)測值與預(yù)測值Fig.9 Actual and predicted particle peak vibration velocities at each measuring point in millisecond delay blasting

由圖9可以看出，各監(jiān)測點(diǎn)處vp預(yù)測值普遍比實(shí)測值要小。分析其原因，主要是由于毫秒延時(shí)爆破時(shí)，由于導(dǎo)爆管雷管客觀的延時(shí)誤差因素，導(dǎo)致分段振動(dòng)波形間存在地震波主震相干擾疊加現(xiàn)象，從而使得實(shí)際最大單響藥量與測點(diǎn)vp增大，此時(shí)若仍然應(yīng)用式（2）計(jì)算毫秒延時(shí)爆破vp，則并未考慮分段振波的疊加影響，因此導(dǎo)致vp預(yù)測值普遍偏小。實(shí)測vp與預(yù)測vps隨比例距離的變化關(guān)系如圖10所示。

圖10 實(shí)測vp與預(yù)測vps變化關(guān)系Fig.10 Relationship between actualvpand predictedvps

通過圖10中數(shù)據(jù)的擬合分析，可得到vp實(shí)測值與預(yù)測值間的線性關(guān)系，擬合相關(guān)性達(dá)到0.948 4。因此，在考慮毫秒延時(shí)爆破分段振波疊加因素的基礎(chǔ)上，修正的vp比例距離公式為：

將式（2）代入式（7）可得到：

因此，修正vp比例距離公式可表達(dá)為：

應(yīng)用式（8）可計(jì)算得到現(xiàn)場試驗(yàn)不同測點(diǎn)處vp預(yù)測值，通過對(duì)比分析得到vp預(yù)測值與實(shí)測值間的相對(duì)誤差平均值為6.42%，均方根誤差為0.67 cm/s，表明修正的vp比例距離公式預(yù)測精度良好。

4 工程應(yīng)用

某鉛鋅礦主要成礦元素為鉛、鋅和鐵，經(jīng)多次改擴(kuò)建，實(shí)際采選生產(chǎn)能力達(dá) 5 000 t/d。礦體上下盤圍巖穩(wěn)固，巖石普氏硬度系數(shù)f=8～10，鉛鋅礦石f=8～12，礦石密度為3.6 t/m3，巖石密度為2.7 t/m3，礦巖松散系數(shù)為1.6。礦區(qū)范圍內(nèi)無大的地表水體，水文地質(zhì)條件簡單。為解決現(xiàn)場爆破大塊率偏高、根底偏多和爆破振動(dòng)對(duì)周邊辦公樓影響等問題，采用數(shù)碼電子雷管進(jìn)行毫秒延時(shí)爆破，段間間隔時(shí)間設(shè)定為25 ms。

設(shè)計(jì)開展現(xiàn)場單孔爆破振動(dòng)監(jiān)測試驗(yàn)，并對(duì)礦區(qū)4次生產(chǎn)爆破振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行測試及分析，應(yīng)用本文中提出的vp回歸分析方法，爆破設(shè)計(jì)參數(shù)及vp預(yù)測值見表6。礦區(qū)實(shí)測vp值與預(yù)測vps值隨比例距離的變化關(guān)系如圖11所示。

圖11 礦區(qū)實(shí)例中vp實(shí)測值與預(yù)測值變化關(guān)系Fig.11 Relationship between actual and predicted vpvalues in mining area

依據(jù)礦區(qū)單孔爆破振動(dòng)監(jiān)測試驗(yàn)回歸分析結(jié)果，得到了修正vp比例距離公式：

不同觀測點(diǎn)處vp實(shí)測值與預(yù)測值的對(duì)比情況如圖12所示。

由表6及圖12可以得到，vp預(yù)測值與實(shí)測值間最大絕對(duì)誤差為0.1 cm/s，平均絕對(duì)誤差為0.05 cm/s，平均相對(duì)誤差為9.52%，均方根誤差為0.059 cm/s，在工程允許范圍內(nèi)。表明修正的比例距離公式及其回歸分析方法，用于現(xiàn)場爆破振動(dòng)速度預(yù)測與控制切實(shí)可行。

表6 爆破設(shè)計(jì)參數(shù)及vp值Table6 Blasting design parameters andvp values

圖 12 不同觀測點(diǎn)處vp實(shí)測值與預(yù)測值的對(duì)比情況Fig.12 Comparison of the actual and predictedvpvalues at different observation points

5 結(jié) 論

毫秒延時(shí)爆破中分段爆破地震波存在干擾疊加現(xiàn)象，這對(duì)實(shí)際單響藥量取值及振動(dòng)速度準(zhǔn)確預(yù)測造成了困難，本文中研究了群孔齊發(fā)爆破等效藥量的取值方法，并考慮非電起爆網(wǎng)路分段振波疊加因素，對(duì)毫秒延時(shí)爆破振動(dòng)速度回歸分析方法進(jìn)行了改進(jìn)，主要得到以下結(jié)論。

（1）建立了群孔分散裝藥齊發(fā)爆破振速的計(jì)算模型，研究得到非電起爆網(wǎng)路在總藥量相同情況下，群孔分散裝藥齊發(fā)爆破振動(dòng)速度比單孔爆破振動(dòng)速度小，齊發(fā)爆破等效藥量比名義單響藥量要小。

（2）提出了縮比系數(shù)?的計(jì)算方法?=0.523×0.978M，縮比系數(shù)?隨炮孔數(shù)目M的增加呈指數(shù)形式衰減；通過縮比系數(shù)折算炮孔數(shù)目計(jì)算齊發(fā)爆破等效藥量，可使得計(jì)算結(jié)果更趨近實(shí)際單響藥量。

（3）在單孔爆破振動(dòng)速度回歸分析的基礎(chǔ)上，考慮毫秒延時(shí)爆破分段振波疊加效應(yīng)，通過引入振波疊加因子?，建立了毫秒延時(shí)爆破峰值振速的修正比例距離預(yù)測公式vp=kD?sα+? 。試驗(yàn)條件下應(yīng)用修正比例距離公式計(jì)算得到的vp預(yù)測值與實(shí)測值間的相對(duì)誤差平均值為6.42%，均方根誤差為0.67 cm/s，表明公式預(yù)測精度高。

（4）工程實(shí)例應(yīng)用表明，應(yīng)用修正比例距離公式計(jì)算得到的vp預(yù)測值與實(shí)測值間最大絕對(duì)誤差為0.1 cm/s，平均絕對(duì)誤差為0.05 cm/s，平均相對(duì)誤差為9.52%，均方根誤差為0.059 cm/s，用于現(xiàn)場爆破振動(dòng)預(yù)測及控制切實(shí)可行。