淺談采礦中深孔爆破對地面環(huán)境影響監(jiān)測

吳會明

（山東金嶺礦業(yè)股份有限公司侯莊礦，山東 淄博 255000）

1 深孔爆破技術(shù)的優(yōu)勢分析

1.1 能有效提高礦山安全生產(chǎn)水平

深孔爆破技術(shù)在礦山中的應(yīng)用，可以有效提高礦山的安全生產(chǎn)。深孔爆破與傳統(tǒng)爆破相比，優(yōu)化了鉆孔深度和直徑。鉆孔深度和直徑對整個爆破過程的精確控制具有重要作用。在保證圍巖穩(wěn)定的前提下，深孔爆破能有效地解決多孔分步爆破問題，從根本上提高開采安全性。

1.2 能有效防止安全事故的發(fā)生

受地質(zhì)、地形等因素的影響，在開采過程中容易發(fā)生爆破事故。導(dǎo)致落石沖擊等一系列安全問題的發(fā)生，給整個開采活動帶來很大的不確定性。深孔爆破技術(shù)在很大程度上改善了這一狀況。特別是深孔爆破采取分段爆破開采的方式，杜絕了塌方等安全事故的發(fā)生，對爆破人員形成了良好的安全防護。

1.3 實現(xiàn)礦產(chǎn)資源高度整合，提高經(jīng)濟效益

深孔爆破技術(shù)能有效優(yōu)化生產(chǎn)開采條件，實現(xiàn)礦產(chǎn)資源的高度整合。擴大生產(chǎn)規(guī)模，提高礦山企業(yè)整體生產(chǎn)能力，確保經(jīng)濟效益，在日益激烈的市場競爭中占據(jù)更多的優(yōu)勢。深孔爆破技術(shù)對生態(tài)環(huán)境影響不大，實現(xiàn)了礦山經(jīng)濟效益和社會效益的有效結(jié)合。

2 深孔爆破地震波綜述

2.1 爆破地震波的形成

炸藥在土壤和巖石介質(zhì)中釋放的部分能量以波的形式向外傳播，形成爆破地震波。巖體中爆破產(chǎn)生的波在距爆源不同距離處具有不同的性質(zhì)。在爆炸源附近產(chǎn)生高強的不連續(xù)應(yīng)力波。在遠(yuǎn)爆區(qū)，由于強度弱化和邊界條件的影響，應(yīng)力波轉(zhuǎn)化為彈性地震波，包括在介質(zhì)中傳播的體波和沿地面?zhèn)鞑サ拿娌?。在爆破過程中，體波作用是巖體破裂的主要原因，面波作用是爆破沖擊波破壞的主要原因。

2.2 描述爆破地震波的基本參數(shù)

爆破地震波的特征一般用三個基本參數(shù)來表示：振幅、頻率和持續(xù)時間。地震波的振幅在整個波形中是不同的，它隨時間而變化。地震中最大振幅是反映地震波特征的主要參數(shù)，其振幅較大，作用時間較長。這是振動強度的標(biāo)志。地震波具有明顯的瞬態(tài)振動特性，是一種寬頻域的隨機信號，其頻率特性可用頻譜分析來描述。爆破地震波的持續(xù)時間是指從開始振動到測點完全停止的時間。它反映了振動衰減的速率。

3 深孔爆破技術(shù)在礦山生產(chǎn)中的應(yīng)用過程

3.1 前置打孔作業(yè)

實際鉆孔布置應(yīng)符合間距設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)，合理避免巖體破碎。為保證爆破的成功率，應(yīng)選擇延時明顯的區(qū)域和遠(yuǎn)離鉆孔的巖性過渡區(qū)。同時，還應(yīng)注意阻力線過小引起的孔距過小問題和超標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置引起的鉆進問題。綜上所述，應(yīng)根據(jù)安全防護要求、所需有效鉆孔數(shù)量和工作面條件，然后確定潛在需求。在采礦作業(yè)施工中，可選擇垂直深孔或傾斜深孔。前者應(yīng)用廣泛，但施工難度大，但能有效降低爆破成本。后者施工成本低，但鉆井時間長，作業(yè)時間長，作業(yè)成本高。一般來說，垂直深孔是較好的開采選擇。

3.2 爆破作業(yè)

深孔爆破是指鉆孔作業(yè)后從裝藥到爆破施工的全過程。合理的藥量既要保證單次爆破的質(zhì)量，又要將爆破的安全風(fēng)險降到最低。同時，造價要控制在合理范圍內(nèi)，不能超過需求限額。爆破效果的選擇應(yīng)根據(jù)巖石開挖場地的穩(wěn)固性和炸藥的特性來確定。在爆破過程中應(yīng)當(dāng)充分考慮爆破過程中的安全風(fēng)險。根據(jù)基本爆破效果下的裝藥量上限，進一步控制裝藥量。但應(yīng)注意單次爆破的效率，避免重復(fù)爆破。

4 爆破所產(chǎn)生的振動效應(yīng)對周圍環(huán)境的影響因素

4.1 振動速度

振動速度是描述建筑物爆破振動破壞的重要標(biāo)志。目前普遍認(rèn)為，建筑物破壞的臨界振動速度為5cm/s，振動速度與地質(zhì)位置有一定關(guān)系。在最長的一段時間內(nèi)，一旦建筑物建成并確定其地質(zhì)位置，就可以通過正常生產(chǎn)爆破測量其振型。這樣可以根據(jù)實際情況減少爆炸荷載的最大周期，減少振動對建筑物的破壞。

4.2 振動頻率

爆破地震效應(yīng)對周圍建筑物的破壞因素還包括振動頻率。從波形上看，當(dāng)振動速度很低時，相應(yīng)的振動加速度很大，相應(yīng)的振動頻率也很高。根據(jù)相關(guān)資料，建筑物本身具有放大介質(zhì)傳遞地震波能量的功能。當(dāng)爆破產(chǎn)生的地震波頻率與建筑物的固有頻率疊加且周期相同時，可能發(fā)生共振效應(yīng)，對建筑物造成更嚴(yán)重的破壞。目前的技術(shù)無法精確測量建筑物的固有頻率，這就需要更為復(fù)雜的開發(fā)和研究。

5 爆破振動測試與測點布置

5.1 爆破振動試驗的基本原理

目前，非電量電測系統(tǒng)主要用于爆破地震測量，由傳感器、中間轉(zhuǎn)換器和記錄裝置三部分組成。其中傳感器是將被測的非電物理量按一定規(guī)則轉(zhuǎn)換成電量的裝置。原始數(shù)據(jù)的采集是實現(xiàn)測量目的的第一個環(huán)節(jié)，也是實現(xiàn)測量目的的關(guān)鍵設(shè)備。而傳感器的輸出信號一般較弱，為了便于顯示和記錄，往往需要對信號進行放大。由于它是將傳感器的輸出能量轉(zhuǎn)換成便于顯示、記錄和處理的電路。記錄裝置的作用是將信號轉(zhuǎn)換成人類感官可接受的形式，便于觀察、分析和保存。

5.2 測點的布置

振動觀測的主要目的之一是了解地下采礦爆破產(chǎn)生的地震波對高邊坡及地下巷道圍巖穩(wěn)定性的影響。為了正確反映被測信號，除了傳感器本身的性能指標(biāo)外，傳感器的安裝和定位也非常重要。為了可靠地記錄爆破振動或結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應(yīng)，傳感器必須與測點表面牢固結(jié)合。否則，爆破震動往往會使傳感器松動和滑動，導(dǎo)致信號完全失真。

6 地下采礦爆破振動對地面環(huán)境的影響的監(jiān)測與分析

6.1 地下采礦爆破震動對地表環(huán)境影響監(jiān)測

為了研究地下采礦爆破震動對地表環(huán)境的影響，需要大量的高科技信息技術(shù)設(shè)備。首先，利用垂直速度傳感器來檢測礦山爆破震動的頻率和強度是十分必要的。然后，將爆破振動記錄儀與垂直速度傳感器連接，放置在測點附近，對現(xiàn)場的振動信號進行采集和保存。爆破振動記錄儀能獨立采集信息，操作簡單方便。然后將爆破震動記錄儀與計算機相連，并將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程發(fā)送給地面分析員。用于監(jiān)測地下采礦爆破震動對地表環(huán)境影響的相關(guān)儀器包括打印機和相關(guān)數(shù)據(jù)分析軟件。它們的使用可以使監(jiān)測工作更快更有效。

6.2 地下開采爆破震動對地表環(huán)境影響監(jiān)測方案

為了監(jiān)測地下采礦爆破震動對地面環(huán)境的影響，需要在地下采礦爆破的某些部位設(shè)置監(jiān)測點，然后設(shè)置傳感器接收爆破強度和震動速度的信號。監(jiān)測點可設(shè)在地表結(jié)構(gòu)密集的地區(qū)。監(jiān)測點與地表的距離適中，既不太遠(yuǎn)，也不太近，一般以90m～100m為宜。利用爆破振動記錄儀可以對爆破顆粒的振動速度進行嚴(yán)密監(jiān)測。儀器能自動記錄振動強度、頻率等相關(guān)數(shù)據(jù)。爆破振動記錄儀記錄的數(shù)據(jù)可以存儲在硬盤中，然后通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將爆破振動的詳細(xì)信息傳送給爆破振動分析技術(shù)人員。

6.3 地下開采爆破震動對地表環(huán)境影響監(jiān)測分析方法

地下爆破震動對地面環(huán)境影響很大，相關(guān)單位應(yīng)做好監(jiān)測分析工作，掌握爆破震動對地面環(huán)境影響的識別方法。首先，對地下開采爆破震動強度進行評價。爆破震動的最大強度雖然不能代表地表環(huán)境的影響，但在很大程度上反映了地表環(huán)境受到的最大影響。

7 控制地下采礦爆破振動對地面環(huán)境影響的措施

7.1 合理選擇炸藥

為了控制礦山爆破震動對地面環(huán)境的影響，應(yīng)根據(jù)施工需要和安全因素，合理選擇地下礦山爆破的炸藥種類。一般來說，爆破速度越快，爆破震動越大。炸藥的選擇還應(yīng)考慮地震波傳播介質(zhì)的因素，以保證炸藥的選擇與高傳播介質(zhì)的波阻抗相匹配。以確保最大的能源消耗和傳播媒介。只有選擇合適的炸藥才能保證對地面環(huán)境的影響最小。

7.2 科學(xué)控制炸藥裝藥

實踐經(jīng)驗表明，爆破量越大，產(chǎn)生的能量越多，爆破震動對地面環(huán)境的影響越大。但是，如果炸藥的數(shù)量不夠，就不能達(dá)到開采的目的。因此，科學(xué)地控制炸藥的爆炸量是十分必要的。一要充分調(diào)查爆破現(xiàn)場實際情況，合理確定炸藥用量。

8 結(jié)語

爆破能極大地提高生產(chǎn)效率，在工程領(lǐng)域得到了越來越多的應(yīng)用。雖然帶來了明顯的社會效益，但是也出現(xiàn)了許多問題。如飛石、噪聲、地面震動等，尤其是爆破的地震效應(yīng)對周圍建筑物構(gòu)成極大的威脅。如果爆破強度控制不當(dāng)，爆破震動過大，將對地面環(huán)境的完整性和建筑物的安全使用造成很大威脅。因此，相關(guān)地下采礦爆破施工人員必須做好爆破震動對地面環(huán)境影響的監(jiān)測和分析，盡量減少爆破對地震的影響，有效保護礦山周邊居民的生命安全。