空氣軟塞減振裝藥結(jié)構(gòu)在烏山銅鉬礦的應(yīng)用研究

王 騫 李二寶

（1．中國黃金集團(tuán)內(nèi)蒙古礦業(yè)有限公司；2．中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司）

爆破技術(shù)廣泛應(yīng)用于礦山、隧道等基礎(chǔ)工程中，其產(chǎn)生的振動效應(yīng)對礦山各種基礎(chǔ)設(shè)施具有重要的安全影響［1-5］，為企業(yè)安全生產(chǎn)埋下了隱患。有針對性地降低爆破振動對礦山生產(chǎn)具有重要意義，其中改善裝藥結(jié)構(gòu)在露天深孔降振方面具有巨大潛力，許多學(xué)者通過不同的研究方法針對具體工程特點(diǎn)做了許多工作。朱紅兵等［6］通過爆轟波理論研究了空氣軟塞裝藥結(jié)構(gòu)鉆孔內(nèi)一維不定?；ㄔ谂诳字械淖饔眠^程及各點(diǎn)的壓力變化過程，得出在梯段爆破工程中，空氣軟塞占炮孔長度的比例在30%～42%時，可以產(chǎn)生較好的爆破效果；吳亮等［7］通過數(shù)值分析軟件對空氣軟塞裝藥條件下邊坡爆破振動規(guī)律進(jìn)行了研究，得出了爆源近、中區(qū)質(zhì)點(diǎn)爆破振動峰值隨著空氣軟塞在炮孔中的相對位置變化的規(guī)律；辜大志等［8］通過開展孔底空氣軟塞裝藥結(jié)構(gòu)爆破振動試驗，發(fā)現(xiàn)孔底空氣軟塞裝藥平均降振率為10%～15%。

本研究對烏山銅鉬礦擬建粗破碎站附近生產(chǎn)爆區(qū)爆破振動速度進(jìn)行監(jiān)測，使用經(jīng)驗公式分析研究100 m范圍內(nèi)爆破振動速度與爆區(qū)最大段藥量及爆心距之間的關(guān)系，并開展不同長度的孔口空氣軟塞裝藥結(jié)構(gòu)下現(xiàn)場減振爆破試驗，對爆破振動速度進(jìn)行對比分析，研究不同長度孔口空氣軟塞裝藥結(jié)構(gòu)的降振效果。

1 礦山地質(zhì)概況及生產(chǎn)爆破參數(shù)

烏努格吐山銅鉬礦（以下簡稱烏山銅鉬礦）為特大型露天金屬礦山，采用露天開采工藝，臺階高度為15 m，年采剝總量達(dá)到3 500萬m3；礦山采用?140 mm潛孔鉆機(jī)穿孔，因水孔相對較多，炸藥采用易普力抗硫乳化炸藥，起爆藥為0.5 kg中繼起爆具，采用逐孔微差起爆技術(shù)，雷管為澳瑞凱高精度導(dǎo)爆管雷管（孔內(nèi)400 ms，孔外9、17、65和100 ms延期雷管），采用裝藥車現(xiàn)場裝藥，炸藥單耗約為0.70 kg/m3。為保證采剝作業(yè)進(jìn)度和采剝作業(yè)計劃，采場年平均爆破次數(shù)約1 000次，一個爆區(qū)一次爆破炸藥量約20 t，方量約3萬m3。因礦山采用高臺階陡幫開采工藝，且具有單段爆破炸藥量大、爆破次數(shù)多、一次爆破規(guī)模大等特點(diǎn)，爆破振動危害效應(yīng)突出。

2 采區(qū)生產(chǎn)爆破振動測試

2.1 爆破振動測試方案

露天生產(chǎn)爆破振動對露天邊坡、建筑物、民房及各種基礎(chǔ)設(shè)施等具有重要影響，爆破振動速度是衡量爆破振動大小的重要指標(biāo)，為了達(dá)到降低爆破振動的目的，采用TC3850型振動速度測試儀對生產(chǎn)爆區(qū)100 m內(nèi)的爆破振動速度數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，為了消除位置因素、環(huán)境因素對振動情況的影響，在生產(chǎn)爆區(qū)100 m范圍內(nèi)選取不同方向、不同位置的測線進(jìn)行振動監(jiān)測，生產(chǎn)爆區(qū)各測線布置示意圖見圖1，振動監(jiān)測儀器擺放圖見圖2。

2.2 監(jiān)測結(jié)果

根據(jù)礦山生產(chǎn)現(xiàn)場實際情況及爆破振動測點(diǎn)布置原則，統(tǒng)計每次爆破爆區(qū)最大段藥量及測點(diǎn)距爆區(qū)的距離（爆心距），本次監(jiān)測歷時7 d，去除明顯錯誤數(shù)據(jù)后，共測得有效數(shù)據(jù)13組，詳細(xì)數(shù)據(jù)采集結(jié)果見表1。

2.3 爆破振動衰減規(guī)律分析

薩道夫斯基公式是考慮爆破能量傳播介質(zhì)性質(zhì)和爆源條件的爆破振動速度衰減公式，對于爆破振動預(yù)測方面具有權(quán)威性，得到了廣泛的推廣應(yīng)用［9-13］。根據(jù)振動監(jiān)測數(shù)據(jù)，使用數(shù)據(jù)分析軟件對其進(jìn)行回歸分析［14］，得到以ln（Q1/3/R）為橫坐標(biāo)、以lnV為縱坐標(biāo)的擬合直線（圖3），復(fù)相關(guān)系數(shù)R2=0.8。其中，Q為最大段藥量，kg；R為距爆源距離m；V為爆破振動合速度，cm/s。

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得出采區(qū)連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)下的爆破振動速度與爆區(qū)最大段藥量、爆心距之間的關(guān)系曲線：

3 孔口空氣軟塞爆破減振試驗

3.1 空氣軟塞裝藥結(jié)構(gòu)減振機(jī)理分析

空氣軟塞裝藥結(jié)構(gòu)使用空氣塞在填塞層及炸藥之間預(yù)留一段空氣（圖4）。炸藥爆炸后，炸藥能量在空氣柱中得到緩沖，峰值壓力被降低，增加了爆破能量作用在炮孔上的時間，使能量在粉碎區(qū)和破碎區(qū)分布不均衡的現(xiàn)狀得到了改善，降低了爆破振動強(qiáng)度，提高了爆破能量利用率，改善了爆破效果。

3.2 試驗內(nèi)容及方案

不同的爆破裝藥結(jié)構(gòu)對炸藥爆破能量的傳播具有一定的影響作用，眾多專家學(xué)者做過相關(guān)研究［15-17］，通過采用孔口空氣軟塞裝藥結(jié)構(gòu)，對炸藥能量傳播規(guī)律進(jìn)行干預(yù)，達(dá)到降低爆破振動速度的目的。

針對本礦山工程地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件，為達(dá)到降低爆破振動的目標(biāo)，并便于施工，采用孔口空氣軟塞裝藥結(jié)構(gòu)，根據(jù)本礦山生產(chǎn)爆破參數(shù)，選取空氣軟塞長度1和1.5 m這2種對比方案，試驗材料及現(xiàn)場試驗裝藥見圖5。

3.3 試驗結(jié)果及分析

本次試驗進(jìn)行6組，共21個振動測試測點(diǎn)，其中空氣軟塞長度為1 m的測點(diǎn)15個，空氣軟塞長度為1.5 m的測點(diǎn)6個，對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計，并與前期通過回歸分析出的爆破振動速度衰減公式進(jìn)行對比分析，結(jié)果見圖6。

由圖6可知，在最大段藥量固定的情況下，隨著測點(diǎn)距爆區(qū)距離的增加，不同裝藥結(jié)構(gòu)下的爆破振動速度值均呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，且隨著測點(diǎn)距爆區(qū)越來越遠(yuǎn)，爆破振動速度衰減的越來越慢，符合爆破振動速度衰減規(guī)律；對比空氣軟塞裝藥結(jié)構(gòu)及常規(guī)連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)可知，采用空氣軟塞裝藥結(jié)構(gòu)的爆破振動速度明顯降低，在爆心距25 m時，降振率達(dá)到3.2%，爆心距55 m時降振率為8.5%，爆心距100 m時降振率為6.5%，平均降振率達(dá)到8.89%。

在上述研究基礎(chǔ)上，繪制空氣軟塞結(jié)構(gòu)分別為1和1.5 m時的數(shù)據(jù)分析結(jié)果（圖7）。

由圖7可知，當(dāng)炮孔中空氣柱長度設(shè)置為1.5 m時，使沖擊波的峰值壓力明顯降低，作用的時間增長，相較于1 m的空氣柱長度，此參數(shù)（1.5 m）降振效果更加顯著。

4 結(jié) 論

（1）通過對爆破振動速度監(jiān)測值進(jìn)行回歸分析，得出了生產(chǎn)爆區(qū)100 m范圍內(nèi)的爆破振動速度衰減公式，為礦山生產(chǎn)爆區(qū)最大段藥量控制及開展降振試驗提供了數(shù)值依據(jù)。

（2）將爆區(qū)100 m范圍內(nèi)2種裝藥結(jié)構(gòu)下（連續(xù)裝藥及孔口空氣軟塞裝藥）的爆破振動值進(jìn)行對比，孔口采用空氣軟塞裝藥結(jié)構(gòu)后爆破振動明顯減低，平均降振率達(dá)到8.89%。

（3）采用1.5 m空氣軟塞裝藥結(jié)構(gòu)后，更為有效地降低了爆破沖擊波峰值壓力，延長了爆破壓力的作用時間，較1 m長度空氣軟塞裝藥結(jié)構(gòu)下所產(chǎn)生的爆破振動更小。