采場(chǎng)爆破振動(dòng)對(duì)鄰近尾礦壩施工安全的影響分析

文／李忠亮、師嚴(yán)龍、曾天浩、王雅斌、溫楊 中建新疆建工（集團(tuán)）有限公司西北分公司 陜西西安 710000

引言：

我國(guó)曾經(jīng)是一座礦業(yè)強(qiáng)國(guó)，目前，全年的城市垃圾總排放量至少是六百萬(wàn)噸。除尾礦庫(kù)的一小部分常規(guī)作業(yè)用于采礦充填或充分利用以外，大多數(shù)都與采礦企業(yè)的經(jīng)營(yíng)效益無(wú)關(guān)，與水庫(kù)內(nèi)下游居民以及附近區(qū)域的生存特點(diǎn)有關(guān)。如果將大壩完全破壞，下游居民的生命與財(cái)產(chǎn)都將遭到嚴(yán)重威脅，給企業(yè)帶來(lái)了不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。

爆破任務(wù)要對(duì)大壩進(jìn)行安全性研究，以減少損傷和開(kāi)裂。所以，探討露天開(kāi)采中爆破振蕩對(duì)工程安全性的作用，對(duì)工程的安全運(yùn)行以及工程的第二階段有著重大價(jià)值。為了保護(hù)受采場(chǎng)爆破振動(dòng)影響鄰近尾礦壩，可以在受保護(hù)物體的主要方向上局部調(diào)整附近的物體，調(diào)整引爆物品，以防止爆破穿透與受保護(hù)物體外層空間分離的物體。

1、工程地質(zhì)概況

1.1 地形地貌

爆破震動(dòng)是指爆炸或破裂后電流波在周?chē)橘|(zhì)中的傳遞，一旦物質(zhì)所在區(qū)域的震動(dòng)超過(guò)了規(guī)定值，那么物質(zhì)就會(huì)因?yàn)楸ㄆ茐牧酥車(chē)慕橘|(zhì)而破壞。鑒于地質(zhì)條件的復(fù)雜性和波動(dòng)性，一直是科學(xué)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。經(jīng)常性地爆炸和重大的爆炸對(duì)大量地下建筑產(chǎn)生巨大破壞（損壞、坍塌等），并造成大量巖石損壞，嚴(yán)重影響企業(yè)安全生產(chǎn)，削弱生產(chǎn)能力，也對(duì)企業(yè)職工的人身安全產(chǎn)生了很大影響。而通過(guò)檢測(cè)梁的震動(dòng)，就能夠得到可以進(jìn)行分類(lèi)的數(shù)據(jù)，以?xún)?yōu)化梁的設(shè)計(jì)，降低梁生產(chǎn)的破壞力。

本工程施工內(nèi)容包括：尾礦壩、攔水壩、庫(kù)區(qū)開(kāi)挖和整平、排水槽、壩面和馬道截水溝、庫(kù)區(qū)內(nèi)溝底敷設(shè)反濾層等。尾礦壩為透水壩，工程量約為125×104m3，壩頂標(biāo)高2439.00m，最大壩高52m。壩體材料分為坡基料和石料。壩體底部和上游采用石料筑壩，下游采用坡基料。在標(biāo)高2360m、2370m、2380m、2390m、2400m、2410m、2420m、2430m 設(shè)置馬道，馬道寬度為2m，下游坡比1:2.5。在標(biāo)高2430m、2420m、2410m 設(shè)置寬度為2m 的馬道，上游坡比1:1.8，攔洪壩為不透水壩采用漿砌石筑壩，壩高10m，用于攔截上游水流使其有組織排至排水溝延壩肩排水溝有序排至消力池內(nèi)，庫(kù)區(qū)底部有排水管涵。尾礦壩的石料來(lái)自于采石場(chǎng)的爆破，尾礦壩由多級(jí)子壩堆積而成，堆積材料來(lái)自于采石場(chǎng)。因此，在尾礦壩進(jìn)行了輻射振動(dòng)監(jiān)測(cè)。研究了爆炸振動(dòng)在圍巖中的傳播規(guī)律，爆炸振動(dòng)對(duì)圍巖和道路穩(wěn)定性的影響，以及爆炸振動(dòng)參數(shù)和傳播介質(zhì)對(duì)爆炸振動(dòng)信號(hào)特性的影響。為控制尾礦壩爆破震動(dòng)造成的危害，調(diào)整參數(shù)，為礦山安全高效生產(chǎn)提供有效指導(dǎo)。

1.2 水文及地質(zhì)條件與水文特征

尾礦庫(kù)形成成分復(fù)雜，規(guī)律性差，尾礦壩南側(cè)沉積物主要為熔渣，北側(cè)為環(huán)境修復(fù)填埋場(chǎng)，尾礦壩的石料來(lái)自于采石場(chǎng)的爆破，尾礦壩由多級(jí)子壩堆積而成，堆積材料來(lái)自于采石場(chǎng)。Schlackenhof 的主要地層為第四系人工沉積層（QML）、第四系斜坡、熔巖黏土層（qdl+el）和陽(yáng)新灰?guī)r層（P1y）。深部勘查區(qū)未發(fā)現(xiàn)土洞、溶洞、匯合洞等巖溶現(xiàn)象。地面土壤進(jìn)一步膨脹，地面土壤的凹面和凹面較大。鉆孔bp4 顯示，巖石表面因石灰垢沉積而波動(dòng)，石灰石中填充有2.2m 的黏土。主要土層的透水性是指確定含水量類(lèi)型和透水性，或擬建尾礦庫(kù)各巖土層的吸水率。進(jìn)行了孔隙水注入試驗(yàn)和孔隙水壓力試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果的分級(jí)評(píng)估可知，試驗(yàn)層中粘土II 的平均滲透系數(shù)為7.53。×10-6cm/mm，最大9。56.×10-6cm/s，1。3.×77×10-6cm/s 為弱透水巖層。在穩(wěn)定注水試驗(yàn)中，生活垃圾管道水位不穩(wěn)定。根據(jù)單位時(shí)間失水速度計(jì)算，滲透系數(shù)大于1-2。選擇強(qiáng)透水層，在渣盤(pán)上進(jìn)行了多孔隙水壓力試驗(yàn)。盡管測(cè)試壓力表沒(méi)有壓力響應(yīng)，但由于水壓高（在正常汽油泵的全流量范圍內(nèi)），滲透系數(shù)超過(guò)1-2個(gè)數(shù)量級(jí)，因此可以確定閥盤(pán)為高滲透地層。根據(jù)該層的巖石學(xué)性質(zhì)和地下水介質(zhì)的孔隙特征，含水層巖石的類(lèi)型和特征可分為兩類(lèi)：尾礦庫(kù)地下水、堤防地下水和碳酸鹽巖巖溶水。不同類(lèi)型的地下含水層及其產(chǎn)水特征如下：（1）松散巖裂隙含水層（qdl+el）：第四系表層主要受大氣入滲補(bǔ)給。該層透水性差，富水性差，含水量低。（2） 碳酸鹽巖巖溶水組（P1y）：灰?guī)r、灰白色、灰黑色厚巖、斑巖灰?guī)r、虎灰?guī)r、泥巖，皆厚度大。整套石灰石具有較強(qiáng)的產(chǎn)水性和滲透性。尾礦庫(kù)是尾礦庫(kù)的主要含水層，但地下水位較深，為130-148m。

2、采場(chǎng)爆破振動(dòng)對(duì)鄰近尾礦壩施工的安全影響

2.1 爆破震動(dòng)傳播規(guī)律

爆炸地震波是一種彈性波，它包括沿中間傳播的目標(biāo)波和沿巖層傳播的表面波。振動(dòng)區(qū)的能量只是總輻射能量的一小部分。干巖土約2%～6%，濕土約5%～6%，濕度約20%。然而，電壓波在振動(dòng)范圍內(nèi)的衰減非常大，但小振幅和一定強(qiáng)度的振動(dòng)只會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)造成輕微的損傷和損壞。近年來(lái)，由于梁振動(dòng)事故的頻繁發(fā)生，對(duì)梁振動(dòng)的研究越來(lái)越深入。當(dāng)爆炸波從外部傳播時(shí)，在各向同性介質(zhì)中產(chǎn)生球面波。從能量損失的角度來(lái)看，地震波的強(qiáng)度隨著R2 和R 的增加而降低，而距離地基的距離隨著傳播距離的增加而呈指數(shù)下降。

根據(jù)中國(guó)安全標(biāo)準(zhǔn)（gb6722-86）和國(guó)內(nèi)外一些研究成果，薩多夫斯基公式將在中國(guó)和前蘇聯(lián)廣泛用于研究爆炸振動(dòng)的傳播規(guī)律。隨著地震波的傳播，地形變化對(duì)爆炸振動(dòng)的影響是明顯的。如果有溝渠、山谷、道路、泥潭、斷層和裂縫，振動(dòng)效應(yīng)明顯減弱。在山坡或巖石柱的情況下，增加振動(dòng)放大效應(yīng)稱(chēng)為高度放大效應(yīng)。于亞倫指出，薩多夫斯基公式僅適用于平坦地形。無(wú)論地形多么復(fù)雜，我們認(rèn)為地形的變化幾乎都是由于海拔（高差）的變化造成的表達(dá)。對(duì)當(dāng)高差為25.105m 時(shí)，巖石的水平質(zhì)點(diǎn)速度增加1.23.3.04 倍，垂直質(zhì)點(diǎn)速度增加3.26 倍和3.80 倍，水平面速度增加1.18-1.53 倍，垂直1.32-1.79 倍。劉義山、周同濟(jì)、宋光明、徐海良、戈什金等和前蘇聯(lián)研究者共同預(yù)測(cè)了投影高程振動(dòng)速度的傳遞規(guī)律。振動(dòng)波的強(qiáng)度隨荷載的埋深度而改變。由于波束深度的增大，隨著波束震蕩波傳遞至地球表面，動(dòng)能損失也逐步增大。受到表面波和反射波的共同影響，表面測(cè)點(diǎn)的震動(dòng)較大，但減弱迅速。與地面測(cè)點(diǎn)比較，地下測(cè)點(diǎn)的震動(dòng)和阻尼較慢。測(cè)定結(jié)果顯示，在垂直于波束點(diǎn)上的垂直速率越高，而水平速率越低。當(dāng)離開(kāi)該點(diǎn)時(shí)，垂直速率隨水平距離的增加而下降，水平震害速率首先增大至某一峰值，隨后又逐步下降。

2.2 爆破震動(dòng)的影響因素

爆破震動(dòng)束振蕩是一種復(fù)雜的系統(tǒng)，干擾因子眾多。但是，受到研究方法和試驗(yàn)手段等客觀因素的干擾，現(xiàn)階段無(wú)法定量分析束波的干擾因子。相反，只有可以擴(kuò)大或減少輻射地震波長(zhǎng)的主要原因才可以進(jìn)行調(diào)控。而除基于可控性以外，影響光束振動(dòng)的主要原因還包括以下兩種：控制參數(shù)，或光束參數(shù)。從梁毫秒梁、加載深度和裝藥形式三部分介紹了影響地動(dòng)影響的主要原因，并指出影響梁振動(dòng)的最主要原因可以影響梁振動(dòng)。綜上所述，由于地震爆破理論是個(gè)很復(fù)雜的體系，有許多灰色信息并不清晰，影響因素也眾多。但隨著跨學(xué)科的進(jìn)展，灰色理論已被廣泛應(yīng)用于地震輻射效應(yīng)分析。最大裝藥量對(duì)爆破地震波的峰值震動(dòng)和主頻影響很大，總裝藥量對(duì)爆破地震波的峰值震動(dòng)影響也較小。影響束流振動(dòng)持續(xù)時(shí)間的主要因素為束段數(shù)和電荷量。而梁點(diǎn)和測(cè)點(diǎn)之間的相對(duì)高差對(duì)梁的振動(dòng)峰值和主頻也有重要的影響。水平和垂直振動(dòng)速率與裝藥量、鉆孔深度和測(cè)點(diǎn)間距密切相關(guān)。相關(guān)順序則是裝藥量、爆炸深和測(cè)點(diǎn)間距，即炸藥用量對(duì)輻射的影響最大。

2.3 爆破震動(dòng)的控制措施

爆破震動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)控制是國(guó)內(nèi)外輻射安全工程的主要研究課題，也是一些科學(xué)家難以解決的問(wèn)題。在前人輻射振動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)控制研究的基礎(chǔ)上，提出了屏障輻射振動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)控制的一般方法。

防止爆炸源的措施；這是在地震波傳播過(guò)程中注入被測(cè)材料的一種測(cè)量方法。目前，技術(shù)鉆探的應(yīng)用越來(lái)越多，國(guó)內(nèi)外科學(xué)家對(duì)震源梁的減震研究也越來(lái)越多。

減少振動(dòng)干擾的方法，阻尼干擾法的原理是利用毫米波噴砂來(lái)減少單一振動(dòng)波對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷?？梢酝ㄟ^(guò)選擇毫秒次數(shù)來(lái)控制梁振動(dòng)的損傷效應(yīng)，以減少多個(gè)振動(dòng)波的振動(dòng)干擾。

最大橫截面管理，光束振動(dòng)的強(qiáng)度主要取決于電荷量、光束中心與傳輸介質(zhì)之間的距離，最有效地控制是電荷量。結(jié)果表明，梁振動(dòng)的強(qiáng)度主要取決于梁振動(dòng)的最大載荷。為了控制梁振動(dòng)的最大速度，將梁振動(dòng)的最大載荷控制在幾毫秒之內(nèi)，這不僅提高了梁的生產(chǎn)規(guī)模，而且降低了梁振動(dòng)的影響。

梁參數(shù)的更改，梁振動(dòng)強(qiáng)度通常與所使用的梁參數(shù)有關(guān)，如孔徑、最小阻力、梁功率、孔間距、行距、梁順序和梁方向。改變梁參數(shù)以減少振動(dòng)影響的方法在生產(chǎn)中受到限制。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)證明，毫秒柱設(shè)計(jì)已成為降低橋梁振動(dòng)效應(yīng)和合理使用梁能的主要方法。但是，隨著爆破力量、載藥技術(shù)、材料特征、地質(zhì)環(huán)境等各種因素的復(fù)雜化，尤其是微差炸藥破碎和最常見(jiàn)的炸藥粉碎裝置的精度，微差的選擇已成為炸藥粉碎研究的中心課題。基于實(shí)際噴砂效果的理論指導(dǎo)，正確選擇恰當(dāng)?shù)奈⒚胪七t時(shí)間是進(jìn)行地震爆炸減輕損失的基礎(chǔ)。

3、采場(chǎng)爆破振動(dòng)對(duì)鄰近尾礦壩施工的設(shè)計(jì)

3.1 爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

目前，噴砂振動(dòng)速率的測(cè)定已經(jīng)在工程建設(shè)中獲得了普遍的運(yùn)用。而我國(guó)最新的放射安全規(guī)程通過(guò)考慮頻率效應(yīng)下的最大粒子速率來(lái)評(píng)定放射安全距離。因此，測(cè)試時(shí)采用粒子尖端測(cè)試。噴砂后，將數(shù)據(jù)由U 形板中導(dǎo)出并送入電腦。BM 的視覺(jué)再現(xiàn)功能，可讀取在噴砂過(guò)程中的各種振動(dòng)信息，并進(jìn)行頻率解析和矢量合成等功能。

噴砂振動(dòng)監(jiān)測(cè)主要包括：監(jiān)測(cè)梁振動(dòng)的主要振動(dòng)頻率。確定了光束主振動(dòng)頻率的變化范圍，研究了氣體供應(yīng)過(guò)程中主振動(dòng)頻率的變化規(guī)律，以減小共振損傷對(duì)沿脈沖傳輸路徑的影響。控制爆炸性顆粒的最大振動(dòng)速度，研究了最大交通量與沿脈沖振動(dòng)速度距離的關(guān)系。

3.2 傳感器的安裝

安裝梁振動(dòng)傳感器一直是梁測(cè)試中的一個(gè)重要問(wèn)題，由于生產(chǎn)條件和軌道布局復(fù)雜，必須嚴(yán)格避免傳感器的分離區(qū)域，傳感器必須放置在堅(jiān)硬巖石周?chē)??？紤]到位置因素，本實(shí)用新型將固定石膏傳感器應(yīng)用于原始圍巖工作臺(tái)，而不干擾礦山的生產(chǎn)過(guò)程。在沒(méi)有適當(dāng)灰泥的情況下，在圓盤(pán)周?chē)诔鰣A盤(pán)，在外露表面噴灑水泥，形成水泥平臺(tái)，并用快速安裝石膏固定傳感器。在設(shè)置測(cè)量點(diǎn)之前，設(shè)置設(shè)備的時(shí)間，使設(shè)備的時(shí)間與北京的實(shí)時(shí)時(shí)間一致。

傳感器放置要求：氣泡液位傳感器安裝在保持液位的底座上，并指向爆炸中心的X 方向。

鐵獨(dú)山礦區(qū)支護(hù)較好，道路平坦，適宜作業(yè)區(qū)少。因此，為了形成與巖石盤(pán)連接的工作面，采用開(kāi)挖和灌漿的方法。

3.3 控制爆破震動(dòng)的技術(shù)措施

微差爆破的機(jī)理是通過(guò)控制噴砂順序和延遲時(shí)間，增加相鄰柱體與巖石之間的相互作用張力，減少?lài)娚白畲笳駝?dòng)位置的負(fù)面影響，為下次噴砂提供良好的自由表面。如果波束間隔為T(mén) 的3 倍，則假定波束振蕩波不工作。前15 級(jí)衰減器的延遲為25-880 毫秒。因此，使用普通毫秒延遲衰減器不能保證消除光束振蕩波。

選擇切割模式，一般來(lái)說(shuō)，噴砂引起的振動(dòng)是所有振動(dòng)中最大的。這主要是因?yàn)樵诒七^(guò)程中幾乎沒(méi)有自由表面，爆破產(chǎn)生的大部分能量除了破壞巖石外，還有效地轉(zhuǎn)化為振動(dòng)?？茖W(xué)合理地控制光束振蕩。目前，地下采礦中最常用的切割方法是斜孔切割和直孔切割。斜切口的主要形式是楔形切口。它具有很強(qiáng)的抗剪強(qiáng)度，易于釋放巖石。切割效果很好，與大孔徑直剪和斜剪相比，其主要特點(diǎn)是噴砂振動(dòng)小，圖像小，不受切割尺寸的影響。其主要缺點(diǎn)是切割孔多，鉆孔精度高。如果切割不當(dāng)，將導(dǎo)致切割失敗。此外，擺動(dòng)梁的尺寸與距離成反比，因此有必要增加切割部分與地板之間的距離，并調(diào)整工作面底部的切割布置。

孔間裝藥爆破，分段爆破是指在孔的不同部分使用兩種或兩種以上雷管的技術(shù)。換言之，彈射孔分為上、中、下三組，每組裝藥間隔采用相同的爆破方法。采用串級(jí)注入技術(shù)，將最大單孔裝藥分散成單孔裝藥。一次量由大到小控制，既能控制振動(dòng)，又能保證鉆孔破碎過(guò)程的均勻性。

使用前的設(shè)計(jì)方法，基坑開(kāi)挖過(guò)程中，沿開(kāi)挖設(shè)計(jì)等高線(xiàn)產(chǎn)生裂縫，主孔破裂處產(chǎn)生預(yù)裂孔爆破，限制了基巖的防護(hù)和抗震效果。如果受保護(hù)物體非常靠近爆炸源，可在爆炸源周?chē)胖妙A(yù)裂隔離區(qū)或緩沖材料。預(yù)混黃銅夾頭可以是一條或多條線(xiàn)。在噴射器和受保護(hù)物體之間，無(wú)需補(bǔ)充一排或兩排沖擊孔即可進(jìn)行沖擊。

3.4 優(yōu)化爆破震動(dòng)設(shè)計(jì)

測(cè)量w 線(xiàn)的電阻，多噴蠟砂一般用于路基噴砂。如果一排炸藥失效，下一排、下排以及爆炸產(chǎn)生的巖石將失去自由表面，這對(duì)附近建筑物、人員和動(dòng)物的安全構(gòu)成重大威脅。如果底盤(pán)的線(xiàn)性阻力太小，則會(huì)增加鉆孔負(fù)荷，增加炸藥的使用量，并導(dǎo)致容易飛石。影響懸掛線(xiàn)阻力的因素很多，無(wú)法用數(shù)值公式表示。事實(shí)上，它通常由經(jīng)驗(yàn)公式確定，然后進(jìn)行調(diào)整以獲得最佳結(jié)果。

波束網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于多排起爆網(wǎng)絡(luò)，一般假設(shè)使用毫秒衰減器開(kāi)孔，使用瞬態(tài)衰減器開(kāi)孔，實(shí)現(xiàn)毫秒連接和孔內(nèi)起爆。操作員已經(jīng)掌握了這個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的方法。然而，如果毫秒雷管放錯(cuò)位置，這就是初始或緩慢爆炸的原因?？淄夂撩肟梢愿玫乜刂乒馐蛄?，良好的起爆網(wǎng)絡(luò)可以有效減少振動(dòng)和飛石。然而，mm-2 孔需要非常高的粘接技術(shù)?？撞捎? 毫秒非電雷管，毫秒束孔采用3 毫秒和5 毫秒非電起爆裝置，最終實(shí)現(xiàn)毫秒束。該方法輻射效果好。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算，毫秒時(shí)間可以合理組合。但這種方法需要考慮一件事，孔中的毫米分配器必須與雷管盡可能高。當(dāng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)在孔外爆炸后，孔內(nèi)的毫米波分配器可以爆炸，以防止孔外雷管被爆炸損壞。

安全防護(hù)和輻射，為了確保光束振蕩滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，必須準(zhǔn)備好毫秒起爆網(wǎng)。在設(shè)計(jì)方案中，發(fā)散孔用細(xì)紗和損耗填料填充，塞子不得低于最小阻力線(xiàn)。要覆蓋，使用包含廢橡膠和地板傳送帶的布袋，首先將廢橡膠傳送帶放在噴砂孔上。涂層必須在水平和垂直方向進(jìn)行，并用裝滿(mǎn)泥土的布袋壓緊。

結(jié)語(yǔ)：

為了保護(hù)受采場(chǎng)爆破振動(dòng)影響鄰近尾礦壩，可以在受保護(hù)物體的主要方向上局部調(diào)整附近的物體，如有必要，可以調(diào)整引爆物品，以防止爆破穿透與受保護(hù)物體外層空間分離的物體。爆破振動(dòng)對(duì)尾礦庫(kù)的穩(wěn)定性有著顯著的影響；爆破振動(dòng)對(duì)尾礦庫(kù)的影響時(shí)間與距爆源的距離有關(guān)，距離越遠(yuǎn)，影響時(shí)間越短，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及野外勘察結(jié)果，尾礦庫(kù)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有大的活動(dòng)構(gòu)造斷裂通過(guò)，庫(kù)區(qū)地貌為構(gòu)造剝蝕低山地貌，現(xiàn)狀下不良地質(zhì)作用不發(fā)育，下伏基巖為穩(wěn)定巖基，調(diào)查初步結(jié)果表明，該尾礦庫(kù)處于穩(wěn)定狀態(tài)，尾礦庫(kù)的安全得到了保障。