數(shù)碼電子雷管微差爆破振動(dòng)影響因素分析

李二寶 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）

工程爆破技術(shù)廣泛應(yīng)用于露天、水利、鐵路等行業(yè)領(lǐng)域，爆破作業(yè)帶來(lái)極大的施工效率的同時(shí)，其產(chǎn)生的爆破公害也不容忽視［1-4］。國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)爆破振動(dòng)影響因素進(jìn)行了諸多研究。孫冰等［5］結(jié)合不同破壞機(jī)制下的爆破振動(dòng)安全判據(jù)研究現(xiàn)狀，指出現(xiàn)階段爆破振動(dòng)研究的發(fā)展方向有建立快速、準(zhǔn)確的爆破振動(dòng)優(yōu)勢(shì)因素評(píng)價(jià)系統(tǒng)，利用三維數(shù)值模擬方法分析建筑結(jié)構(gòu)易損構(gòu)件，制訂具有人性化的爆破振動(dòng)安全標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)發(fā)基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的爆破振動(dòng)智能分析系統(tǒng)。呂虎波等［6］研究了隧洞爆破開(kāi)挖引起上覆高速公路路面振動(dòng)響應(yīng)特征及衰減規(guī)律，得出了隧洞已開(kāi)挖部分的自由面，有效地削弱了爆破地震波效應(yīng)，加快了爆破振動(dòng)衰減；鄒南榮等［7］分析了露天臺(tái)階深孔爆破時(shí)臺(tái)階地形對(duì)峰值振動(dòng)速度的影響規(guī)律，得出了坡頂質(zhì)點(diǎn)振速放大系數(shù)并不隨臺(tái)階高度的增大呈正相關(guān)，而是當(dāng)其超過(guò)某臨界值后，其放大系數(shù)隨臺(tái)階高度增大而減小。

上述研究大多針對(duì)于爆破振動(dòng)傳播特性、控制措施及安全判據(jù)方面，對(duì)于數(shù)碼電子雷管微差爆破網(wǎng)路爆破振動(dòng)影響因素的研究較少。為此，本研究設(shè)置6種炮孔延期時(shí)間方案，針對(duì)距離爆源60～200 m的范圍，采取方差分析及薩道夫斯基分析方法，分析不同爆心距、不同延期時(shí)間對(duì)爆破振動(dòng)速度的影響規(guī)律。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)礦山概況

試驗(yàn)礦山為典型的近城礦山，且主要巖性為次火山巖閃長(zhǎng)玢巖和花崗閃長(zhǎng)斑巖，普氏硬度系數(shù)f=8～15，爆破振動(dòng)傳播特性較好。為降低爆破振動(dòng)對(duì)周邊環(huán)境的影響，爆破設(shè)計(jì)總藥量一般不超過(guò)5 t，采用微差逐孔起爆網(wǎng)路。

礦山臺(tái)階高度為12 m，采用直徑200 mm炮孔穿孔設(shè)備及170 mm袋裝巖石乳化炸藥，炮孔超深為1～1.5 m，每孔裝藥量約240 kg，最大段藥量為最大單孔裝藥量。

1.2 試驗(yàn)方案

為分析炮孔間延期時(shí)間對(duì)爆破振動(dòng)的影響規(guī)律，設(shè)置6種炮孔間延期方案：8，16，24，32，48和72 ms，開(kāi)展數(shù)碼電子雷管不同延期時(shí)間下的爆破試驗(yàn)。沿臺(tái)階坡頂線布置1排試驗(yàn)炮孔（4～8個(gè)），每2個(gè)炮孔為1組，單孔裝藥量約240 kg。

共計(jì)開(kāi)展4次單排孔現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，共穿鑿鉆孔24個(gè)，總炸藥量為5 340 kg，數(shù)碼電子雷管消耗48個(gè)，最大段裝藥量為240 kg，乳化炸藥總消耗量為5 340 kg，總爆破方量為10 950 m3。試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)匯總見(jiàn)表1。

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》相關(guān)規(guī)定及試驗(yàn)炮孔位置特點(diǎn)，在距離試驗(yàn)炮孔200 m范圍內(nèi)由近至遠(yuǎn)依次布置6個(gè)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)［8-12］，對(duì)不同炮孔延期方案所產(chǎn)生的爆破振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 基于方差分析的爆心距單因素影響分析

統(tǒng)計(jì)不同試驗(yàn)方案下的監(jiān)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)大小情況，采用方差分析手段，將爆心距作為唯一影響因素，繪制不同爆心距時(shí)的單因素監(jiān)測(cè)結(jié)果，見(jiàn)表2。

根據(jù)表2可知，在同一條件下，由于爆破振動(dòng)效應(yīng)受多種因素干擾與測(cè)量誤差的影響，爆破振動(dòng)速度結(jié)果的存在一定差異。假設(shè)每次試驗(yàn)結(jié)果的爆破振動(dòng)速度服從正態(tài)分布，對(duì)不同爆心距下的爆破振動(dòng)速度進(jìn)行方差分析，首先計(jì)算得出不同爆心距下14次重復(fù)試驗(yàn)結(jié)果的和、平均值及方差（表3），進(jìn)一步得出方差分析各統(tǒng)計(jì)量的值（表4）。

由表4可知，統(tǒng)計(jì)量F值39.96大于Fcrit值2.33，且P-value小于0.05，可得出爆心距對(duì)爆破振動(dòng)速度值具有顯著影響，為了定量分析爆心距對(duì)爆破振動(dòng)速度的影響，進(jìn)一步對(duì)上表中相關(guān)系數(shù)R2進(jìn)行計(jì)算。在不考慮其它影響因素的前提下，得出爆心距對(duì)爆破振動(dòng)速度的影響為71.72%，R2為0.719 2，具有較強(qiáng)相關(guān)性。表明在各項(xiàng)因素相同的條件下，爆心距與爆破振動(dòng)速度大小具有較強(qiáng)相關(guān)性，與常規(guī)研究結(jié)論一致。

2.2 基于方差分析的爆心距、延期時(shí)間雙因素影響分析

將爆心距、延期時(shí)間2個(gè)因素作為影響爆破振動(dòng)速度的主要因素，提取不同試驗(yàn)方案下的監(jiān)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)大小情況，繪制不同爆心距、延期時(shí)間時(shí)的雙因素監(jiān)測(cè)結(jié)果［13］，見(jiàn)表5。

依據(jù)表5，采用統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行雙因素方差分析，得出各計(jì)算參數(shù)及統(tǒng)計(jì)量（表6、表7），進(jìn)一步得出各方差分析統(tǒng)計(jì)量（表8）。

由表8可知：統(tǒng)計(jì)量F值大于Fcrit的值，且P-value的值小于0.05。進(jìn)一步對(duì)相關(guān)系數(shù)R2進(jìn)行計(jì)算，在不考慮其它影響因素的前提下，得出爆心距及延期時(shí)間雙因素對(duì)爆破振動(dòng)速度的影響相關(guān)系數(shù)R2為0.900 8，具有較強(qiáng)相關(guān)性。可以得出爆心距及延期時(shí)間雙因素對(duì)爆破振動(dòng)速度值具有顯著影響，且爆心距及延期時(shí)間雙因素影響相關(guān)系數(shù)（0.900 8）大于爆心距單因素影響相關(guān)系數(shù)（0.719 2），進(jìn)一步得出延期時(shí)間對(duì)于爆破振動(dòng)速度具有一定的影響性。因此，在爆破實(shí)踐工作中，在微差爆破方案及調(diào)整爆心距的基礎(chǔ)上，還可以通過(guò)調(diào)整炮孔間延期時(shí)間，實(shí)現(xiàn)降低爆破振動(dòng)的目的。

2.3 基于薩道夫斯基回歸分析的延期時(shí)間單因素影響分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)得的爆破振動(dòng)速度數(shù)據(jù)，借助數(shù)值分析軟件，采用薩道夫斯基公式對(duì)其進(jìn)行回歸分析［14-15］，得到6種延期方案下，以為橫坐標(biāo)，lnV縱坐標(biāo)的爆破振動(dòng)速度預(yù)測(cè)模型（圖1）。

根據(jù)回歸預(yù)測(cè)分析模型，分別繪制不同延期方案下的爆破振動(dòng)速度—最大段裝藥量變化曲線，如圖2所示。

可以得出：在距離爆源60～200 m時(shí)，當(dāng)最大段裝藥量一致時(shí)，延期時(shí)間對(duì)爆破振動(dòng)速度大小具有較大影響；且不同延期時(shí)間對(duì)爆破振動(dòng)速度的影響趨勢(shì)相同，6種延期方案按照爆破振動(dòng)速度由大到小排列依次為48，24，8，16，72，32 ms。

3 結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)爆破振動(dòng)速度影響的方差分析，得出爆心距單因素對(duì)爆破振動(dòng)速度的影響相關(guān)系數(shù)為0.719 2，具有較強(qiáng)相關(guān)性；爆心距與延期時(shí)間雙因素對(duì)爆破振動(dòng)速度的影響相關(guān)系數(shù)為0.900 8；爆心距及延期時(shí)間雙因素對(duì)爆破振動(dòng)速度值具有顯著影響，進(jìn)一步得出可以通過(guò)調(diào)整炮孔間延期時(shí)間，實(shí)現(xiàn)降低爆破振動(dòng)的目的。

（2）對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行薩道夫斯基回歸分析，得出距離爆源60～200 m時(shí)，延期時(shí)間對(duì)爆破振動(dòng)速度大小具有較大影響；當(dāng)最大段裝藥量一致時(shí)，不同延期時(shí)間對(duì)爆破振動(dòng)速度的影響趨勢(shì)相同，6種延期方案按照爆破振動(dòng)速度由大到小排列依次為48，24，8，16，72，32 ms。

（3）本研究從數(shù)學(xué)分析的角度驗(yàn)證了延期時(shí)間、爆心距對(duì)爆破振動(dòng)速度的影響規(guī)律，這與采用炮孔干擾降振理論得出的結(jié)論一致。后續(xù)需進(jìn)一步開(kāi)展不同礦山的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，驗(yàn)證本研究結(jié)論。