不同爆破方式下爆破振動(dòng)傳播規(guī)律及預(yù)測(cè)研究

張迎吉，葉海旺，艾曉宗，，王建軍，

(1.金堆城鉬業(yè)股份有限公司，陜西 華縣 714102)

(2.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430070)

0 前言

金堆城南露天礦隸屬于陜西華縣金堆城鉬業(yè)股份有限公司，其地質(zhì)條件復(fù)雜，每一個(gè)新平盤巖性分布都有差異，加上邊緣都是原始地表，巖層中常含有很多泥土夾層。東川河引水隧洞是金堆城露天礦南大擴(kuò)時(shí)對(duì)東川河河流改道修建而得，隧洞圍巖節(jié)理、斷層構(gòu)造極為發(fā)育，圍巖的穩(wěn)定性差。隨著開(kāi)采的進(jìn)行，采場(chǎng)工作面距離東川河引水隧洞越來(lái)越近，最近的距離約31 m。為確保東川河引水隧洞的安全，首先需尋求合適的減震爆破方法來(lái)進(jìn)行爆破，同時(shí)也希望在爆破前能對(duì)爆破振動(dòng)進(jìn)行有效的預(yù)測(cè)來(lái)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)。

1 不同爆破方式下的爆破振動(dòng)規(guī)律試驗(yàn)研究

以常規(guī)生產(chǎn)爆破為基礎(chǔ)，分別采用空氣間隔裝藥爆破、數(shù)碼電子雷管精確延時(shí)爆破、減小炮孔直徑等爆破方式來(lái)降低爆破振動(dòng)。根據(jù)工程爆破界公認(rèn)的薩道夫斯基的爆破振動(dòng)經(jīng)驗(yàn)公式及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，可以回歸出在本測(cè)試條件下該區(qū)域的爆破地震波傳播規(guī)律。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得典型數(shù)據(jù)，回歸求出K、α、β。

式中:v 為質(zhì)點(diǎn)爆破震動(dòng)速度峰值，cm/s;K 為與地質(zhì)、爆破方法等因素有關(guān)的系數(shù);α、β 為與地質(zhì)條件有關(guān)的地震波衰減系數(shù);Q 為與振速v 值相對(duì)應(yīng)的最大一段起爆藥量，kg;D 為測(cè)點(diǎn)與爆心的水平距離，m;H 為測(cè)點(diǎn)與爆心的高差，m。

1.1 常規(guī)生產(chǎn)爆破

爆區(qū)臺(tái)階高度12 m，炮孔直徑為250 mm，爆區(qū)采用垂直孔，孔距為9 m，排距為7 m。單孔最大單響藥量為430 kg，采用混裝乳化炸藥，堵塞長(zhǎng)度為7 m。典型數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 常規(guī)生產(chǎn)爆破下爆破振速

表1 中:X(水平切向)、Y(水平徑向)、Z(垂直)方向上的速度傳播衰減規(guī)律分別為:

1.2 空氣間隔裝藥爆破

空氣間隔裝藥爆破分孔底、藥包中部和藥包上部進(jìn)行，空氣間隔長(zhǎng)度為1.3 m。爆區(qū)孔網(wǎng)參數(shù)同常規(guī)生產(chǎn)爆破，每孔裝藥量為380 kg。藥包中部空氣間隔裝藥爆破時(shí)，炮孔上部藥量為180 kg，底部藥量為200 kg。藥包中部、上部和孔底空氣間隔裝藥爆破振動(dòng)速度典型數(shù)據(jù)分別見(jiàn)表2、表3 和表4。

表2 藥包中部空氣間隔裝藥爆破振速

表2 中:X(水平切向)、Y(水平徑向)、Z(垂直)方向上的速度傳播衰減規(guī)律分別為:

表3 藥包上部空氣間隔裝藥爆破下不同高程的爆破振速

表3 中:X(水平切向)、Y(水平徑向)、Z(垂直)方向上的速度傳播衰減規(guī)律分別為:

表4 孔底空氣間隔裝藥爆破下不同高程的爆破振速

表4 中:X(水平切向)、Y(水平徑向)、Z(垂直)方向上的速度傳播衰減規(guī)律分別為:

1.3 數(shù)碼電子雷管爆破

爆區(qū)采用垂直孔，孔距為9 m，排距為7 m。單孔最大藥量為430 kg，總藥量為16 t。采用混裝乳化炸藥，堵塞長(zhǎng)度為6～6.5 m，炮孔直徑為250 mm。孔間微差30 ms，排間微差75 ms。典型爆破振速數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

表5 數(shù)碼電子雷管爆破振速

表5 中X(水平切向)、Y(水平徑向)、Z(垂直)方向上的速度傳播衰減規(guī)律分別為:

1.4 140 mm 孔徑爆破

爆區(qū)臺(tái)階高度12 m，炮孔直徑為140 mm，爆區(qū)采用垂直孔，孔距為5 m，排距為4 m。單孔裝藥量為116～128 kg，采用混裝乳化炸藥，連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，裝藥長(zhǎng)度8 m，堵塞長(zhǎng)度為5 m。測(cè)得的爆破振動(dòng)數(shù)據(jù)見(jiàn)表6。

表6 140 mm 孔徑爆破振速

表6 中X(水平切向)、Y(水平徑向)、Z(垂直)方向上的速度傳播衰減規(guī)律分別為:

2 爆破振動(dòng)安全距離確定

東川河隧洞為引水隧洞，根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB6722—2003)對(duì)爆破振動(dòng)允許安全振速的規(guī)定:水工隧洞爆破振動(dòng)頻率f≤10 Hz 時(shí)，安全允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度在7～8 cm/s;10 Hz≤f≤50 Hz 時(shí)，安全振速為8～10 cm/s;f ＞50 Hz 時(shí)，安全振速為10～15 cm/s。為確保隧洞安全，分別確定了不同爆破方式下振動(dòng)速度在7 cm/s、8 cm/s、10 cm/s、15 cm/s 對(duì)應(yīng)的安全距離(爆源與保護(hù)對(duì)象間的最小距離)。其中，空氣間隔裝藥爆破綜合考慮減震率和爆破效果，以藥包中部為最佳，電子雷管以孔間延時(shí)31 ms、排間延時(shí)70 ms 為最佳，各爆破方法對(duì)應(yīng)的安全距離見(jiàn)表7。

表7 不同爆破方式下安全距離 m

由表7 可知，距離隧洞42 m 以外范圍采用140 mm 孔徑進(jìn)行爆破是安全的;距離隧洞68～75 m 范圍采用數(shù)碼電子雷管延期爆破進(jìn)行作業(yè)是安全的;距離隧洞75～108 m 范圍采用藥包中部空氣間隔裝藥爆破進(jìn)行作業(yè)是安全的;而250 mm 孔徑爆破只能在距離隧洞108 m 以外區(qū)域使用。

3 爆破振動(dòng)速度預(yù)測(cè)及減震爆破方法選擇軟件

為了減少手工計(jì)算的誤差和提高工作效率，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2003)之規(guī)定，分別以7 cm/s、8 cm/s、10 cm/s、15 cm/s 為標(biāo)準(zhǔn)

圖1 軟件系統(tǒng)主界面

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)，得出了不同爆破方式下金堆城南露天的爆破地震波傳播規(guī)律，根據(jù)國(guó)家爆破安全規(guī)程要求，確定了礦區(qū)不同區(qū)域能確保東川河隧洞安全爆破方法，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了爆破振動(dòng)速度預(yù)測(cè)和減震爆破方法選擇軟件。

通過(guò)預(yù)測(cè)軟件的實(shí)際使用和對(duì)每次爆破振動(dòng)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，該軟件預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)非常接近，尤其是軟件對(duì)不同減震爆破方法的優(yōu)選，為今后爆破技術(shù)人員在距離東川河隧洞特近區(qū)域進(jìn)行爆破參數(shù)的選取提供了數(shù)據(jù)支持，為實(shí)現(xiàn)露天爆破設(shè)計(jì)的自動(dòng)化、數(shù)字化和智能化奠定了基礎(chǔ)。由于開(kāi)采平進(jìn)行控制計(jì)算，計(jì)算結(jié)果分別為安全、預(yù)警、黃色預(yù)警、橙色預(yù)警、紅色報(bào)警。并所有預(yù)測(cè)算法和減震方法的選擇開(kāi)發(fā)了相應(yīng)軟件系統(tǒng)。

在常規(guī)生產(chǎn)條件下，若輸入單響藥量為430 kg、水平距離87 m、高差24 m 時(shí)，則系統(tǒng)即可自動(dòng)預(yù)測(cè)出3 個(gè)方向的爆破振動(dòng)速度值分別為4.53 cm/s、3.67 cm/s、10.67 cm/s(見(jiàn)圖2)。若輸入控制標(biāo)準(zhǔn)為7 cm/s、爆心距為90 m 時(shí)，系統(tǒng)則推算出可使用的的爆破方法有空氣間隔裝藥爆破、數(shù)碼電子延期雷管爆破、140 孔徑爆破等。盤的不斷下降，周圍地質(zhì)情況發(fā)生著變化，同時(shí)距離東川河隧洞和邊坡的方位也不同，建議后期對(duì)軟件數(shù)據(jù)庫(kù)不斷更新，以確保軟件預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確和實(shí)用性。

圖2 預(yù)測(cè)界面

［1］李 錚，朱瑞庚.爆破地震波振速的特征系數(shù)與衰減指數(shù)的研究.爆炸與沖擊，1991，(5):30.

［2］李繼光.爆破振動(dòng)作用下順層巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定研究［D］.成都:西南交通大學(xué)，2008.

［3］舒西剛，劉新榮，姜德義，等.歌樂(lè)山石灰石礦爆破地震波的測(cè)試與分析［J］.地下空間與工程學(xué)報(bào)，2008，4(3):586-560.

［4］趙明生，張建華，易長(zhǎng)平.基于單段波形疊加的爆破振動(dòng)信號(hào)時(shí)頻分析［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2010，35 (8):1279-1282.