爆破地震效應控制在白馬鐵礦的應用

張建強

（攀鋼礦業公司白馬鐵礦，四川 攀枝花 617000）

1 引言

攀鋼新白馬礦業有限責任公司白馬鐵礦位于四川省攀枝花市米易縣白馬鎮，田家村采場于2011年基建剝離工程完成后，已成為公司的主體鐵礦山之一。目前采場主要開拓位置在1765－1810m，采用4臺CL560Y型160mm潛孔鉆進行穿孔，7臺760型挖機進行鏟裝，60噸歐曼汽車進行運輸。采場地理位置復雜，東臨白馬選廠5000kt半自磨，相距200米，北臨小清彎村，相距300米。隨著產量的日益增大，爆破次數增加，采場爆破震動對附近農民的生產、生活產生嚴重影響，特別是采場深孔爆破產生的爆破震動，給附近農民帶來了很大影響，導致企農關系緊張。為了解決這一問題，減少爆破地震效應產生的危害，采取相應措施控制爆破地震效應的影響。

2 爆破地震效應與破壞判據

根據爆破介質的不同，炸藥爆炸后有2%～20%的能量轉換為地震波，當地震波傳播到地表，將會引起地表震動，即為爆破振動。在爆區一定范圍內，當爆破震動強度達到一定值時，能夠引起地表建筑物和設施不同程度的破壞，因此爆破地震波引起的破壞現象及后果稱為爆破地震效應。

2.1 爆破震動強度的物理量

爆破震動強度用介質質點的運動物理量來描述，包括質點位移、速度和加速度。在工程實際中，多用質點振動速度來代表地震波強度，大量的研究和實際測試表明，質點振動速度與單段炸藥量的立方成正比，與至爆源的距離成反比。

V為質點振動最大速度，單位:cm／s；K為與爆破條件有關的系數；Q為單段裝藥量，單位:kg；R為測點到藥包中心的距離；單位:m；a為與地質條件有關的系數。

2.2 爆破地震的波形

實際記錄的爆破地震波波形可通過相關儀器記錄，波形分析所需要的是震動的最大值，即質點震動的最大位移、最大震動速度和最大震動加速度。在對爆破地震波波形進行分析的過程中，將波形圖的初始階段稱為初震相，中間振幅較大的一段稱為主震相，后一段稱為余震相。如圖1所示，主震相振幅最大，所以破壞性最大，通常將其作為爆破地震破壞依據。爆破地震波的峰值與裝藥量、至震源的距離有關，并隨之變化而變化。

圖1 爆破地震波形圖

2.3 爆破震動破壞判據

為保證建筑物的安全，需將爆破震動強度控制在一臨界值內。若超過此臨界值，就會引起建筑物的破壞，這個爆破震動強度臨界值成為爆破震動判據。國家《爆破安全規程》按質點振動速度作為判定爆破振動強度的判據，并規定了不同類型建筑物的爆破震動安全允許標準，見表1。

表1 爆破地震安全速度（V）值

3 控制爆破地震效應的措施

為了控制爆破地震效應，技術人員結合國內外長期的研究，針對采場實際提出以下措施以便有效控制爆破地震效應。

（1）合理選擇炸藥品種。炸藥的密度與爆速的乘積波阻抗越接近介質的波阻抗值，其震動速度越大，炸藥的波阻抗大于介質的波阻抗，震動強度顯著增加，反之減小。因此選用低爆速、低密度炸藥，可獲得顯著的降震效果。

（2）控制最大段裝藥量。由爆破震動計算公式（1）可以看出，震動與最大段藥量成正比，因此控制單段用藥量是控制震動強度最有效的措施。將一次爆破藥量分成多段毫秒微差起爆，這樣在總藥量不變的情況下，震動可以降低很多。

（3）優化孔網參數。為達到安全、合理之目的，使炸藥均勻地分布在被爆巖體中，防止能量過于集中，達到減小爆破振動強度的目的。在爆破設計中要選取合理的孔網參數則要求:①是炮孔密集系數要大于1；②是采用大孔距小排距爆破技術。

（4）選取合適的炸藥單耗。炸藥單耗，是爆破設計中計算炸藥量的一個非常重要的參數，它除對保證爆破效果起決定作用外，還影響著爆破振動的強度。過大的炸藥單耗，會使爆破振動和空氣沖擊波增大，并引起巖塊過度移動或拋擲。

（5）選擇合適裝藥結構。在其它條件相同或相似的情況下，在爆破中采用孔內不耦合裝藥、空氣間隔裝藥或孔底空氣墊層裝藥，可控制初始爆壓和作用于介質上的沖擊壓力。

（6）采用適當的爆破類型。爆破試驗研究得知，松動條件良好的炮孔爆破，即靠近自由面的炮孔爆破時產生的爆破振動小，因此，爆破施工中必須有充分的自由空間，配合微差技術，使所有炮孔均能有良好的自由空間，以便使炮孔爆破后，特別是后排炮孔爆破后產生的壓縮波可以從這些自由面反射，獲得最大的松動，以達到降低爆破振動的效果。

（7）調整爆破傳爆方向。爆破施工中，爆源與被保護對象的相對方位不同，其振動影響也不同。在最小抵抗線上，爆破地震強度最小，反向最大，兩側居中。而最小抵抗線是爆破拋擲的主導方向，從減震和控制飛石兩方面綜合考慮，應使被保護建筑物位于最小抵抗線側面，從而降低爆破震動對其的影響。

（8）防止采用過大的超深，過大的超深也會增加爆破的震動。

（9）必要時可預裂爆破形成一定寬度的預裂縫或預開挖減震溝槽。為了提高減震效果，預裂孔和溝應有一定的超深。

4 爆破方案實施

根據田家村采場實際和上述控制爆破震動措施，在爆破設計時就考慮降低爆破震動效應。

4.1 爆破參數選取

（1）單段最大齊爆藥量Q:根據采場實際，確定田家村采場1780m臺階西幫爆區，測量出爆區離北部小清灣最近村民建筑物直線距離R＝220m。根據公式（1）變換得

根據爆區爆破條件與地質條件，按國家《爆破安全規程》規定，K＝150，a＝1.5，V＝1cm／s（土窯洞、土坯房、毛石房屋的允許爆破震動安全速度），計算得單段最大齊爆藥量Q＝470kg。

（2）底盤抵抗線:Wd≥Hctgα＋B＝15×ctg75°＋2＝6m。式中H為臺階高度，H＝15m；α為臺階坡面角，取75°；B為前排孔的中心至臺階坡頂線的安全距離，取2m。

（3）孔間距:a＝mWd，m為炮孔密集系數，取 m＝1～1.25，得 a＝6～7.5m，選取7m。

（4）排間距b:根據炮孔負擔面積公式，結合本爆區巖石的硬度特點及以往的爆破經驗，取b＝4米

（5）超深 h:h＝（10～15）D＝1.6～2.4m，式中D為炮孔直徑，D＝160mm。

（6）單位炸藥消耗量q:根據巖石堅固性系數及田家村采場爆破實際經驗，炸藥單耗q＝0.50～0.60kg／m3，前排取小值，后排取大值。

（7）單孔裝藥量Q單:

前排單孔炸藥藥量Q單＝qaWdH＝0.50×7×6×15＝315kg后排單孔炸藥藥量Q單＝qabH＝0.60×7×4×15＝252kg

上述計算中單耗Q為預估值，實際爆破時結合現場實際進行調整。

4.2 爆破規模及起爆方式

該爆區已形成完整的臺階，爆破環境較好，鉆孔前稍加清除巖基表面覆蓋層，以利于鉆機定位及防止鉆孔時堵塞炮孔。布孔時應注意使被保護建筑物位于附近炮孔的最小抵抗線側面。根據現場實際情況，爆區采取4排，三角形布孔，為方便下個爆區的生產，爆區形狀為梯形，最前排11孔，最后排8孔，合計38孔。

炸藥選用易普力公司抗水乳化基質炸藥，為了方便機械化連續裝藥，采用孔內耦合間隔裝藥或底部空氣墊層裝藥，根據實際情況調整間隔距離，但必須保證填塞高度不小于4m。

由于在垂直于炮孔連心線上地震速度較大，因此根據爆區條件和被保護建筑物情況，進行清渣爆破，并盡量使炮孔連心線遠離被保護建筑物，以便起到一定的減震作用。

單段最大裝藥量Q＝470kg＜2Q單，所以起爆方式只能采用逐孔起爆，并嚴格要求網絡連接時，避免兩孔同時起爆。本爆區設計孔內選用400ms延時雷管，地表主控排雷管采用17ms，地表列間雷管采用42ms，當爆區形狀不規則時，只需在此基礎上利用25ms和65ms地表延期雷管進行適當調整即可，具體網絡連接見圖2。

圖2 起爆網絡示意圖

4.3 爆破飛石的安全距離

爆破飛石是指爆破時個別或少量脫離爆堆飛得較遠的碎石或碎塊，為了避免爆破飛石對建筑物或其他設備造成損壞，必須確定飛石的安全距離。

根據經驗公式計算得:Rf＝KфD＝16D＝16×160＝256m，式中Rf為飛石的飛散距離，單位:m；Kф為安全系數，取16，D為炮孔直徑，此處D＝160mm。

由于飛石安全距離Rf大于被保護建筑物到爆區距離R，則要求爆破警戒范圍不小于400m，并必須采取以下措施控制爆破飛石。

（1）精心設計，嚴格施工，認真檢查炮孔的位置、質量，裝藥前認真校核各藥包的最小抵抗線，如有變化，及時修改藥量。

（2）保證填塞質量，不但要保證填塞長度，而且要保證填塞密實，填塞物中避免夾雜碎石。

（3）調整最小抵抗線方向，以便控制飛石的方向。

（4）對被保護建筑物設立屏障和在爆破巖體上覆蓋防護物。

4.4 爆破效果分析

本次爆破總藥量9.5t，爆破總量約4.5kt。為了驗證理論計算的正確性并獲取實際的爆破震動效應參數，供以后生產爆破設計參考，此次爆破由中南大學采用分別在東、西、北四個測震點（三個方向最近建筑物，北部小清灣最近建筑物2個測振點）安裝爆破震動儀，對保護對象方向的爆破震動衰減規律進行測試。爆破后，爆堆分布符合設計要求，爆堆附近未發現個別飛石，周圍設備及被保護建筑物完好無損，根據測試，四個測點最高質點振動速度0.76cm／s，小于允許的安全振動速度1.0cm／s，有效保護了周圍建筑的安全。

4.5 存在問題

（1）本次爆破受爆區條件所限，規模較小。為了提高鉆機和挖機的工作效率，尤其縮小鉆機的待孔時間，采用逐孔起爆方式，可提高爆區的規模，孔數可增加到80～100個。

（2）繼續改進和完善爆破參數，在控制爆破震動效應的基礎上，提高炮孔利用率，降低炸藥單耗，為我礦安全生產帶來良好的經濟及社會效益。

（3）爆破后存在掌子面不平整問題，在設計中可適當增大最后一排炮孔的排距和縮小間距。

5 結語

爆破地震效應是爆破三大公害中最嚴重的公害，由于受爆破方法、地形地質等影響較大，即使在同一地區也會發生很大變化，因此在實際操作中要嚴格按要求施工，杜絕多裝藥、亂裝藥，加強炮孔填塞，采用逐孔起爆等，最大限度使附近建筑物不受損害，避免因爆破引起的企農糾紛，確保采場正常生產。

［1］言志信，吳德倫，王漪，等.地震效應及安全研究［J］.巖土力學，2003.

［2］廟延剛，欒龍發，等.爆破工程與安全技術［M］.化學工業出版，2007.

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