某露天礦山爆破對(duì)民房的有害效應(yīng)監(jiān)測(cè)及控制措施

朱 磊陳能革

（1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司；2.馬鞍山礦山研究院爆破工程有限責(zé)任公司；3.安徽馬鋼礦業(yè)資源集團(tuán)有限公司）

爆破法廣泛應(yīng)用于礦山開采、隧道掘進(jìn)、邊坡開挖等巖土工程中。采用炸藥爆炸的方式進(jìn)行破巖的同時(shí)，不可避免地產(chǎn)生了爆破振動(dòng)、空氣沖擊波、噪聲等有害效應(yīng)，對(duì)爆區(qū)周邊人員、建（構(gòu)）筑物存在一定負(fù)面影響［1］。為較好地控制爆破次生危害，諸多學(xué)者開展了大量研究工作，取得了階段性成果。周天剛等［2］針對(duì)白鶴灘水電站壩肩邊坡爆破危害控制問題，劃定了爆區(qū)影響程度分區(qū)范圍；吳江華等［3］為降低隧道洞口路基土石方爆破對(duì)周邊建筑物的影響，提出采用毫秒延時(shí)爆破技術(shù)、合理設(shè)計(jì)爆破參數(shù)等控制措施；姚強(qiáng)等［4］總結(jié)了爆破振動(dòng)舒適性的影響因素，分析了現(xiàn)有評(píng)價(jià)指標(biāo)和判據(jù)的不足，并提出了今后的研究方向；龔倫［5］分析了攀枝花鐵礦爆破噪聲超標(biāo)的原因，采取了延時(shí)爆破、控制炮孔裝藥長(zhǎng)度、覆蓋防護(hù)等降低爆破噪聲的措施，解決了爆破噪聲擾民問題。

本研究以某大型露天礦為例，采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的方式，分析礦山爆破有害效應(yīng)對(duì)周邊民房和居民的影響，并提出有效的控制措施指導(dǎo)礦山爆破危害控制，以維護(hù)礦山周邊社會(huì)和諧穩(wěn)定，促進(jìn)礦山開采與區(qū)域經(jīng)濟(jì)的融合發(fā)展。

1 工程概況

某大型露天鐵礦位于寧蕪向斜的東翼，寧蕪中生代火山巖盆地中段，蔣門山—黃梅山斷裂噴發(fā)（侵入）帶的中段，陶村火山穹隆中部。礦區(qū)上部為第四系疏松堆積層，厚0～15 m；下部為侏羅系上統(tǒng)—白堊系下統(tǒng)龍王山組火山巖，厚度大于300 m，主要巖性為安山質(zhì)凝灰?guī)r、凝灰角礫巖、安山巖；侵入巖為閃長(zhǎng)玢巖。礦體賦存于閃長(zhǎng)玢巖與安山巖接觸帶附近的閃長(zhǎng)玢巖體中。

礦山采用凹陷露天開采方式，礦石生產(chǎn)規(guī)模為650 萬t/a；臺(tái)階高度為12 m，采用多排孔微差擠壓爆破，孔徑為250 mm，高精度導(dǎo)爆管雷管逐孔起爆；每天有2～3 個(gè)爆區(qū)爆破，每個(gè)爆區(qū)的炸藥使用量為4～5 t。

礦山周邊環(huán)境較為復(fù)雜，在當(dāng)前采場(chǎng)西側(cè)500 m范圍內(nèi)分布著4個(gè)村莊、200多戶居民，房屋主要為磚混結(jié)構(gòu)平房和2 層居民樓，許多建筑年齡達(dá)30 a 左右。

礦石生產(chǎn)爆破過程中不可避免產(chǎn)生的振動(dòng)、沖擊波和噪聲等對(duì)百姓的生產(chǎn)生活造成一定負(fù)面影響，如爆破振動(dòng)給人們?cè)斐尚睦聿贿m感、對(duì)建筑物造成一定的損壞、爆破噪聲對(duì)人的聽力產(chǎn)生一定的損傷。因此，必須采取嚴(yán)格的控制措施。

2 主要爆破危害監(jiān)測(cè)及安全分析

在礦山西側(cè)民房方向開展爆破振動(dòng)、沖擊波和噪聲監(jiān)測(cè)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行爆破危害效應(yīng)安全分析。

2.1 爆破振動(dòng)

礦山生產(chǎn)爆破期間，在民房方向開展了十余次現(xiàn)場(chǎng)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)工作，每次布置5 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)；根據(jù)爆區(qū)位置的變化，對(duì)測(cè)點(diǎn)位置進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整；根據(jù)大量爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用薩道夫斯基公式回歸分析［6-9］，得到了生產(chǎn)爆破在民房方向的爆破振動(dòng)傳播規(guī)律：

式中，v為保護(hù)對(duì)象所在地的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，cm/s；Q為延時(shí)爆破最大段藥量，kg；R為爆破點(diǎn)至計(jì)算保護(hù)對(duì)象間的距離，m。

可以看出，隨著測(cè)點(diǎn)距離的增加和裝藥量的減小，爆破振動(dòng)皆呈現(xiàn)衰減趨勢(shì)；通過控制爆區(qū)與民房距離、減小采場(chǎng)爆破裝藥量，可以較好地削弱生產(chǎn)爆破對(duì)民房的影響。

根據(jù)礦山周邊民房結(jié)構(gòu)類型、建筑年代等因素，結(jié)合《爆破安全規(guī)程》相關(guān)規(guī)定，綜合考慮選取民房的安全允許振動(dòng)速度為0.9 cm/s?，F(xiàn)場(chǎng)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)期間，民房處的實(shí)測(cè)振動(dòng)數(shù)據(jù)為0.13～0.50 cm/s（表1），均低于民房安全允許振速，符合《爆破安全規(guī)程》的規(guī)定要求。

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考慮礦山采場(chǎng)開采范圍較大，且爆區(qū)位置是動(dòng)態(tài)變化的，若爆區(qū)與民房之間的距離進(jìn)一步減小，勢(shì)必增大采場(chǎng)爆破振動(dòng)對(duì)周邊民房的影響程度，且更易于引發(fā)爆破振動(dòng)擾民問題，因此必須采取有效的爆破振動(dòng)控制措施，最大程度削弱爆破振動(dòng)的次生危害。

2.2 爆炸沖擊波

爆炸沖擊波是一種強(qiáng)壓縮波，是炸藥爆炸時(shí)產(chǎn)生的一種有害效應(yīng)［10-13］。若人員、設(shè)備等待保護(hù)對(duì)象與爆區(qū)的距離太近，爆炸沖擊波不可避免地會(huì)產(chǎn)生一定的危害性，必須采取可靠的沖擊波防治措施?？紤]到礦山周邊環(huán)境的復(fù)雜性，采用Micromate 高精度爆破沖擊波監(jiān)測(cè)儀，開展了不同距離下的現(xiàn)場(chǎng)沖擊波監(jiān)測(cè)，每次布置1個(gè)測(cè)點(diǎn)，見圖1。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，得到了沖擊波與爆心距變化關(guān)系（圖2）和沖擊波與最大段裝藥量變化關(guān)系（圖3）?？梢钥闯觯S著測(cè)點(diǎn)與爆區(qū)距離的增加，測(cè)點(diǎn)處沖擊波呈現(xiàn)明顯的減小趨勢(shì)，說明爆破沖擊波隨著距離的增加具有顯著的衰減特性。同時(shí)，隨著最大段裝藥量的增加，沖擊波表現(xiàn)出增大趨勢(shì)。減小裝藥量可以一定程度上控制爆炸沖擊波的大小，進(jìn)而削弱沖擊波的危害效應(yīng)，對(duì)于需要保護(hù)對(duì)象的安全具有較大現(xiàn)實(shí)意義。

由圖2、圖3 可知，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)爆炸沖擊波為7.35～36.34 Pa。當(dāng)測(cè)點(diǎn)距離為303 m、最大段藥量為500 kg時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)爆破沖擊波為34.03 Pa；而當(dāng)前爆區(qū)與民房的最近距離在500 m 以上，正常爆破的最大段藥量一般在380 kg 以內(nèi)，則民房處的沖擊波勢(shì)必小于34.03 Pa，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于《爆破安全規(guī)程》中空氣沖擊波超壓的安全允許標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 爆破噪聲

隨著爆炸沖擊波傳播距離的增大，逐漸衰減為爆破噪聲。雖然爆破噪聲是一種脈沖噪聲，時(shí)間短暫，但是超過一定的強(qiáng)度仍然會(huì)引起人們的精神緊張和不適感，必須采用可靠的控制措施將爆破噪聲控制在安全標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

為掌握礦山爆破噪聲情況，采用聲級(jí)計(jì)在礦山采場(chǎng)邊坡上方以及民房處布置3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，開展現(xiàn)場(chǎng)爆破噪聲監(jiān)測(cè)工作，見圖4。

《爆破安全規(guī)程》規(guī)定了不同聲環(huán)境功能區(qū)的爆破噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)，見表2。礦山采場(chǎng)邊坡上方1#測(cè)點(diǎn)（距離爆區(qū)239 m）、2#測(cè)點(diǎn)（距離爆區(qū)318 m）的檢測(cè)值分別為91.9和92.3 dB（A），均小于施工作業(yè)區(qū)控制標(biāo)準(zhǔn)125 dB（A）；民房旁邊3#測(cè)點(diǎn)（距離爆區(qū)526 m）的檢測(cè)值為68.6 dB（A），小于聲環(huán)境功能區(qū)1 類控制標(biāo)準(zhǔn)90 dB（A）；3 個(gè)測(cè)點(diǎn)的檢測(cè)值均滿足《爆破安全規(guī)程》噪聲控制要求?？紤]到采場(chǎng)爆區(qū)位置的變化，當(dāng)民房與爆區(qū)距離較小時(shí)，爆破噪聲存在超過控制標(biāo)準(zhǔn)的可能性，需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采取有效的爆破噪聲控制措施。

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3 爆破危害控制措施

3.1 爆破振動(dòng)控制措施

根據(jù)礦山開采實(shí)際情況，結(jié)合民房的位置、結(jié)構(gòu)類型等因素，為降低爆破振動(dòng)對(duì)民房的擾動(dòng)影響，生產(chǎn)爆破過程中建議采取以下振動(dòng)控制措施。

（1）嚴(yán)格控制最大段裝藥量和一次爆破總炸藥量。根據(jù)爆區(qū)與民房的距離，劃定不同裝藥量的爆破分區(qū)，設(shè)置分區(qū)界樁和警示標(biāo)志，以較小的炸藥量減小爆破振動(dòng)強(qiáng)度，削弱爆破振動(dòng)對(duì)民房結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)損傷危害。

（2）合理選擇爆破自由面方向。爆破自由面方向振動(dòng)衰減快、強(qiáng)度低，背向自由面方向的振動(dòng)強(qiáng)度大，因此，應(yīng)根據(jù)爆區(qū)位置動(dòng)態(tài)調(diào)整起爆方向，盡量避免民房位于爆破自由面的反方向，一定程度上削減爆破振動(dòng)的次生效應(yīng)。

（3）選取適宜的微差時(shí)間。開展不同微差時(shí)間對(duì)爆破振動(dòng)影響研究工作，優(yōu)選降震效果最佳的微差間隔，以微差干擾減振技術(shù)減小爆破振動(dòng)強(qiáng)度，削弱爆破振動(dòng)危害。

（4）在民房方向適宜的位置開挖減震溝或進(jìn)行預(yù)裂爆破，從控制振動(dòng)波的傳播途徑角度，有效阻隔爆破振動(dòng)波的傳播。

3.2 爆炸沖擊波預(yù)防措施

為了預(yù)防采場(chǎng)爆炸沖擊波的破壞作用，保護(hù)礦區(qū)周邊人員、牲畜和建筑物的安全，采取以下預(yù)防措施。

（1）由于裸露爆破的沖擊波強(qiáng)度偏大，因此應(yīng)嚴(yán)禁采用裸露爆破方式破碎大塊，不合格大塊由挖掘機(jī)配破碎錘進(jìn)行機(jī)械破碎。

（2）合理選擇爆破參數(shù)和延期時(shí)間，使得孔間延時(shí)間隔小于排間延時(shí)間隔，孔間距與延時(shí)時(shí)間的比值要小于聲速，避免發(fā)生空氣沖擊波的疊加效應(yīng)。

（3）結(jié)合礦巖特性、保護(hù)物與爆區(qū)的位置關(guān)系，選定合理的最小抵抗線大小和方向，避免藥包位于巖石軟弱夾層等不利位置，減少空氣沖擊的危害。

（4）優(yōu)質(zhì)的炮孔堵塞質(zhì)量可以較好地控制爆炸沖擊波的產(chǎn)生，故應(yīng)保證炮孔堵塞質(zhì)量和堵塞長(zhǎng)度，避免炮孔發(fā)生沖孔現(xiàn)象等。

3.3 爆破噪聲控制措施

爆破噪聲的大小與爆區(qū)規(guī)模、單段炸藥量、裝藥結(jié)構(gòu)等密切相關(guān)。主要從爆破聲源和傳播途徑2 個(gè)方面對(duì)爆破噪聲進(jìn)行控制，削弱噪聲對(duì)周邊人員和牲畜的次生影響。

3.3.1 聲源控制

降低聲源噪聲是控制爆破噪聲最有效和最直接的措施。降低爆破噪聲的初始能量，可達(dá)到從聲源上控制爆破噪聲的目的，主要措施如下。

（1）控制單段裝藥量和一次起爆炸藥量。一般而言，單段裝藥量越大，爆破噪聲越大。采取減小爆破孔徑和孔網(wǎng)參數(shù)、逐孔起爆的方法，降低單段裝藥量，可以較好地控制爆破噪聲。

（2）孔內(nèi)分段裝藥。采用孔內(nèi)分段裝藥結(jié)構(gòu)，下部分段先起爆，上部分段后起爆，相當(dāng)于減小單段裝藥量，以降低爆破噪聲。

（3）保證填塞質(zhì)量和長(zhǎng)度。優(yōu)良的堵塞質(zhì)量可以較好地控制爆破噪聲，采用鉆孔巖粉進(jìn)行高質(zhì)量炮孔填塞，確保堵塞長(zhǎng)度和密實(shí)度；若遇水孔時(shí)，適當(dāng)增加填塞高度。

（4）加強(qiáng)起爆網(wǎng)路的覆蓋。對(duì)地表起爆網(wǎng)路的雷管采用適當(dāng)?shù)母采w防護(hù)措施，如采用竹笆、巖粉等覆蓋，以減小地表起爆和傳爆雷管的噪聲。

3.3.2 傳播途徑控制

（1）在采場(chǎng)爆區(qū)與民房之間設(shè)置有效的噪聲隔離措施，如設(shè)置綠化隔離帶、隔離堤壩等。

（2）調(diào)整起爆方向。爆破自由面朝向?qū)Ρ圃肼曉斐纱嬖谝欢ㄓ绊?，?yīng)調(diào)整起爆方向，盡量避免爆破自由面朝向西側(cè)的民房。

4 結(jié) 論

（1）現(xiàn)場(chǎng)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)期間，民房處的爆破振動(dòng)為0.13～0.50 cm/s，低于民房安全允許振動(dòng)速度?？紤]采場(chǎng)爆區(qū)位置動(dòng)態(tài)變化的特點(diǎn)，需要從爆破裝藥量、微差時(shí)間等方面進(jìn)一步采取可靠的控制措施，以最大程度降低生產(chǎn)爆破振動(dòng)對(duì)民房的影響程度。

（2）現(xiàn)場(chǎng)爆炸沖擊波測(cè)試期間，實(shí)測(cè)爆炸沖擊波為7.35～36.34 Pa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于《爆破安全規(guī)程》中空氣沖擊波超壓的安全允許標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)前礦山正常生產(chǎn)爆破在民房處產(chǎn)生的沖擊波可以控制在人員安全允許范圍內(nèi)。

（3）礦山采場(chǎng)邊坡上方和民房處的爆破噪聲檢測(cè)值分別為91.9，92.3，68.6 dB（A），均滿足《爆破安全規(guī)程》控制標(biāo)準(zhǔn)的要求。考慮到采場(chǎng)爆區(qū)位置的變化，當(dāng)民房與爆區(qū)距離較小時(shí)，爆破噪聲存在超過控制標(biāo)準(zhǔn)的可能性，需要根據(jù)礦山現(xiàn)場(chǎng)情況從爆破聲源和傳播途徑2個(gè)方面采取有效的爆破噪聲控制措施。