露天礦山爆破振動的影響因素分析

曾玉瑩，于世杰

（1.河北鋼鐵集團(tuán)灤縣司家營鐵礦有限公司，河北 唐山 063700；2.河北鋼鐵集團(tuán)司家營研山鐵礦有限公司，河北 唐山 063700）

0 引言

近年來，隨著礦山開發(fā)技術(shù)的不斷進(jìn)步，爆破作業(yè)已成為露天礦山生產(chǎn)過程中不可或缺的環(huán)節(jié)。然而，爆破振動對環(huán)境造成的影響問題日益凸顯，導(dǎo)致了許多環(huán)境問題和安全隱患。為了有效解決這一問題，本文對露天礦山爆破振動的影響因素進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并提出了一系列振動控制措施。

1 露天礦山爆破振動的影響因素

露天礦山爆破振動受多方面因素影響。爆破參數(shù)是其中一個(gè)重要因素，其包括炸藥類型、荷載量、孔距、排距、裝藥結(jié)構(gòu)以及起爆方式等內(nèi)容，這些參數(shù)會直接改變爆破過程中產(chǎn)生的振動能量和特性。例如，炸藥的能量、裝藥密度和起爆方式等都會對爆破振動的強(qiáng)度和頻率產(chǎn)生顯著影響。其次，巖石特性對爆破振動的影響主要體現(xiàn)在傳播方面，巖石的物理和力學(xué)性質(zhì)，如密度、彈性模量和泊松比等參數(shù)，會影響振動波在巖石中的傳播速度和衰減特性，并且?guī)r石中的裂隙、節(jié)理等結(jié)構(gòu)缺陷同樣會對振動傳播造成影響。此外，爆破區(qū)域的地形和地貌對爆破振動傳播的影響主要表現(xiàn)在振動能量的衰減和反射上，如山體、河流和斷層等地形特征，可能導(dǎo)致振動能量的分散和吸收，進(jìn)而影響振動的傳播范圍和強(qiáng)度。而季節(jié)和氣象條件也會影響爆破振動的傳播，因?yàn)樗鼈儠淖兊叵滤?、土壤濕度和氣溫等環(huán)境因素，例如，在高水位和高濕度條件下，振動波在土壤中的傳播速度和衰減程度可能會發(fā)生變化。同時(shí)，監(jiān)測點(diǎn)與爆破區(qū)域之間的距離對振動大小也起到關(guān)鍵作用，振動強(qiáng)度通常隨著距離的增加而減小，因此離爆破區(qū)域較遠(yuǎn)的監(jiān)測點(diǎn)受到的振動影響可能較小，而且高頻振動在傳播過程中衰減較快，這也是一個(gè)需要關(guān)注的方面。最后，爆破振動傳播介質(zhì)也會影響振動的傳播特性，不同的傳播介質(zhì)，如巖石和土壤，具有不同的傳播速度和衰減特性。此外，傳播介質(zhì)的類型、密度、濕度、結(jié)構(gòu)和層狀特點(diǎn)都可能對振動傳播產(chǎn)生顯著影響[1]。

2 振動控制措施

2.1 優(yōu)化爆破參數(shù)

為了減小爆破振動對周邊環(huán)境的影響，優(yōu)化爆破參數(shù)顯得尤為重要。在不影響爆破效果的前提下，盡可能減小爆破振動是首要目標(biāo)。因此，在選擇炸藥時(shí)應(yīng)盡量選擇能量較低的炸藥類型，裝藥量也是影響爆破振動的重要因素，在保證爆破效果的同時(shí)，應(yīng)盡量減小裝藥量，并采用合理的裝藥結(jié)構(gòu)，使炸藥能量更加集中，例如采用分層裝藥、同心圓裝藥等方法。

此外，合理的爆破順序也可以減小爆破振動對周邊環(huán)境的影響，例如采用順向爆破、回旋爆破等方法，使爆破振動能量沿特定方向傳播，避免對周邊環(huán)境產(chǎn)生過大影響。調(diào)整爆破孔深度和孔距也可以有效地控制爆破振動，增加爆破孔深度可以使炸藥能量更加集中，從而降低振動影響，而適當(dāng)增加孔距可以減小相鄰孔之間爆破的相互影響，降低振動強(qiáng)度。

在實(shí)際爆破中，需要根據(jù)爆破目標(biāo)、巖石特性、周邊環(huán)境和安全等因素進(jìn)行綜合考慮，制訂出最佳的爆破方案，并且需要注意合理使用爆破設(shè)備和儀器，確保爆破過程的控制和安全。綜合考慮這些因素，優(yōu)化爆破參數(shù)可以有效地降低振動強(qiáng)度和頻率，減小對周邊環(huán)境的影響，從而達(dá)到最佳的爆破效果和振動控制效果。

2.2 精確測量和評估巖石特性

為了優(yōu)化爆破方案，減小振動影響，需要精確測量和評估巖石的特性。其中，巖石密度是影響振動傳播速度的重要因素，而巖石的抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度會影響振動波在巖石中的衰減能力。此外，彈性模量和泊松比也是描述巖石應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的兩個(gè)重要參數(shù)，對振動波在巖石中的傳播和衰減有著直接影響。

對于裂隙特性較明顯的巖石，其振動衰減能力較強(qiáng)，而缺乏裂隙的巖石則相反。因此，測量巖石裂隙特性可以更好地了解振動波在巖石中的傳播過程，從而為制訂合適的爆破方案提供依據(jù)。此外，地下水條件也會影響巖石的強(qiáng)度和振動傳播特性，地下水飽和的巖石通常具有較高的振動衰減能力，而干燥的巖石則相反。因此，了解地下水條件對于制訂合適的爆破方案同樣具有重要意義。

總之，通過精確測量和評估巖石的特性，可以預(yù)測振動在巖石中的傳播特性，為制訂合適的爆破方案提供依據(jù)，在實(shí)際爆破中，需要充分考慮巖石的特性、地下水條件和安全等因素，制訂出最佳的爆破方案，以達(dá)到減小振動影響、提高爆破效果的目的[2]。

2.3 選擇合適的爆破點(diǎn)和監(jiān)測點(diǎn)位置

合理的爆破點(diǎn)和監(jiān)測點(diǎn)位置有助于減小振動波在地面上傳播的距離和影響范圍，從而減小振動對周邊環(huán)境的影響。首先，在選擇爆破點(diǎn)時(shí)，應(yīng)充分考慮地形地貌、巖石特性、爆破目標(biāo)、周邊環(huán)境等因素，合適的爆破點(diǎn)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離周邊敏感區(qū)域，以降低爆破振動對其的影響，同時(shí)，還應(yīng)考慮到地形地貌對振動傳播的影響，盡量避免在地勢較低或地形復(fù)雜的區(qū)域進(jìn)行爆破作業(yè)。其次，應(yīng)根據(jù)振動傳播特性、受影響環(huán)境的具體位置以及監(jiān)測目的進(jìn)行監(jiān)測點(diǎn)的選擇，合適的監(jiān)測點(diǎn)位置有助于準(zhǔn)確評估爆破振動對周邊環(huán)境的影響。因此，在選擇監(jiān)測點(diǎn)時(shí)，應(yīng)考慮距離、方向、地形地貌和環(huán)境類型等因素。

2.4 考慮季節(jié)和氣象條件

合理利用季節(jié)和氣象條件的變化可以有效減小爆破振動對周邊環(huán)境的影響。例如，在低溫條件下，巖石和土壤的彈性模量會增大，從而減小振動波在地面上傳播的速度和能量，因此，在溫度較低的季節(jié)進(jìn)行爆破作業(yè)可能有助于減小振動影響。而高濕度條件下，土壤和巖石中的水分含量較高，有助于消耗振動波的能量，因此，在濕度較高的季節(jié)進(jìn)行爆破作業(yè)可以減小振動對周邊環(huán)境的影響。除此之外，風(fēng)向和風(fēng)速對振動波在空氣中的傳播也會造成影響，在有利風(fēng)向的條件下進(jìn)行爆破作業(yè)，可以將振動波遠(yuǎn)離敏感區(qū)域，降低振動對其的影響，適當(dāng)?shù)娘L(fēng)速有助于振動波在空氣中的傳播和衰減。而降水天氣會導(dǎo)致地面濕度增加，有助于振動波能量的消耗，所以在降水天氣進(jìn)行爆破作業(yè)可能有助于減小振動帶來的影響。需要注意的是，過多的降水可能導(dǎo)致地面變得不穩(wěn)定，增加爆破作業(yè)的安全隱患，因此需要在降低振動影響與保證作業(yè)安全之間找到平衡。

2.5 采用分段起爆、延時(shí)起爆等技術(shù)

為了減小露天礦山爆破振動對周邊環(huán)境的影響，可以采用一些爆破技術(shù)來控制振動的時(shí)間和空間分布，以降低振動的強(qiáng)度和頻率。其中包括分段起爆、延時(shí)起爆、電子雷管起爆和預(yù)裂爆破技術(shù)等。

分段起爆技術(shù)將整個(gè)爆破區(qū)域分為若干個(gè)獨(dú)立的爆破段，然后按照一定的順序和時(shí)間間隔依次進(jìn)行爆破，這樣可以減小單次爆破產(chǎn)生的振動強(qiáng)度，減小對周邊環(huán)境的影響。但需要考慮爆破段的數(shù)量、大小和爆破順序，以實(shí)現(xiàn)最佳的振動控制效果。延時(shí)起爆技術(shù)是指在相鄰爆破孔之間設(shè)置一定的起爆延遲時(shí)間，使爆破振動能量在時(shí)間上分散，降低單次爆破產(chǎn)生的振動強(qiáng)度，合理的延時(shí)起爆可以有效地減小爆破振動對周邊環(huán)境的影響，在選擇延時(shí)起爆參數(shù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)巖石特性、爆破目標(biāo)、周邊環(huán)境等因素進(jìn)行綜合考慮。電子雷管起爆技術(shù)具有較高的起爆精度和可控性，可以實(shí)現(xiàn)精確的延時(shí)和分段起爆，通過使用電子雷管起爆系統(tǒng)，可以有效地減小爆破振動對周邊環(huán)境的影響。預(yù)裂爆破技術(shù)是在主爆破之前進(jìn)行的一種輔助爆破方法，通過在巖石中預(yù)先形成裂縫，降低爆破振動對周邊環(huán)境的影響，預(yù)裂爆破通常采用小藥量、密孔距、低排列荷量的爆破參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)較小的振動影響。

這些技術(shù)的應(yīng)用可以有效地減小爆破振動對周邊環(huán)境的影響，但需要在實(shí)際操作中充分考慮爆破目標(biāo)、巖石特性、周邊環(huán)境和安全等因素，以達(dá)到最佳的爆破效果和振動控制效果。

2.6 積累爆破振動數(shù)據(jù)，優(yōu)化爆破方案和技術(shù)

積累和分析爆破振動數(shù)據(jù)是提高爆破效果和減小振動對周邊環(huán)境影響的關(guān)鍵。通過對歷史爆破振動數(shù)據(jù)的收集、整理和分析，可以挖掘出爆破過程中的規(guī)律和特點(diǎn)，從而優(yōu)化爆破方案和技術(shù)。

首先，在每次爆破作業(yè)過程中，要對爆破參數(shù)、巖石特性、地形地貌、氣象條件等因素進(jìn)行詳細(xì)記錄，同時(shí)，要在關(guān)鍵監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)振動監(jiān)測儀器，實(shí)時(shí)收集爆破振動數(shù)據(jù)[3]。其次，將收集到的爆破振動數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和歸類，包括數(shù)據(jù)清洗、異常值處理、單位轉(zhuǎn)換等操作，還要對各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的振動數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和比較，找出振動強(qiáng)度與各影響因素之間的關(guān)系。接著，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)和數(shù)據(jù)挖掘方法，對收集到的爆破振動數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，分析內(nèi)容包括振動強(qiáng)度的分布特征、爆破參數(shù)與振動強(qiáng)度的相關(guān)性、振動衰減規(guī)律等方面。最后，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，對爆破方案和技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，包括調(diào)整爆破參數(shù)、采用分段起爆、延時(shí)起爆等技術(shù)、改變監(jiān)測點(diǎn)布局等，優(yōu)化后的爆破方案應(yīng)在實(shí)際作業(yè)中進(jìn)行驗(yàn)證，并根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整。

3 結(jié)語

通過對露天礦山爆破振動的多種影響因素進(jìn)行系統(tǒng)研究分析，所得結(jié)果可以為礦山企業(yè)提供針對性的振動控制建議。然而，由于地理環(huán)境、礦山條件和爆破技術(shù)等方面的差異，具體控制措施需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。