微差爆破降振作用振動監測分析

呂　鑫，張袁娟，黃金香，趙　強，可　杰

（1.北方爆破科技有限公司，北京100089；2.河南工程學院安全工程學院，河南鄭州451191；3.北京理工大學機電學院，北京100081；4.鄭州宇通集團有限公司，河南鄭州450016）

微差爆破降振作用振動監測分析

呂鑫*1，張袁娟2，黃金香3，趙強1，可杰4

（1.北方爆破科技有限公司，北京100089；2.河南工程學院安全工程學院，河南鄭州451191；3.北京理工大學機電學院，北京100081；4.鄭州宇通集團有限公司，河南鄭州450016）

爆破振動對建構筑物的穩定性有很大的影響。運用爆破振動監測方法，對橫穿某露天礦的飲水隧洞的安全性進行分析，分析了生產微差爆破相對于齊發爆破的降振效果，論證露天礦的微差爆破對引水隧洞的保護性，得出了露天礦微差爆破對飲水隧洞的安全性有重要意義的結論。

爆破振動；振動監測；引水隧洞；微差爆破

1　概述

現階段由于爆破危害爆破振動、飛石、沖擊波、噪聲等影響人身財產安全的負面效應的越來越顯著，其中爆破振動被認為是爆破施工中最嚴重的負面效應，因爆破振動過大引起的諸如滑坡、洞室坍塌、建筑物開裂等災害事故時有發生。隨著爆破技術的廣泛應用，比如公路鐵路工程、隧道工程、水利工程、城市拆除工程，還有礦山生產。尤其是在礦山生產過程中，大孔網參數的應用，為了爆破生產的安全進行，對爆破振動的監測和預測已經成為了一個必要的手段。在爆破作業中，控制爆破振動對結構體或邊坡體的破壞、控制爆破地震波的危害是十分必要的。文獻［1］從爆破地震效應分析入手，對爆破地震強度的變化規律進行了討論。通過對爆破荷載作用下不同巖土介質高邊坡的動態響應和爆破震動對邊坡的作用機理研究，探討了爆破地震波在高差和坡度存在的巖石高邊坡介質中的傳播機理和高陡邊坡控爆減震的基本原理。提出了爆破地震波的分離阻隔、分散裝藥減小震源能量、多段延時減小單響爆震、選用低密度低爆速炸藥及合理的裝藥結構等的減振方法，且取得了良好的效果；文獻［2］提出了從爆破工藝的角度降低爆破振動，并且運用數值模擬的方法對降振率進行分析，論證了緩沖爆破的降振作用。本文在以上理論的基礎上，通過爆破振動監測方法，對某露天礦微差爆破降振進行分析，以期對爆破振動的危害控制提供理論基礎。

2　爆破振動監測變量分析

經過各國學者的經驗總結，爆破振動監測內容主要有以下幾個方面：

（1）振動速度V；

（2）振動加速度a；

（3）構筑物或建筑物在爆破振動下的反應曲線；

（4）巖體介質在爆破振動下反應的曲線。

在爆破工程中，對爆破振動速度的監測是最能衡量爆破振動危害的一個方面。所以在一般的監測中，都是監測爆破振動的峰值振速。

3　監測系統布置

測點的布置原則［3-7］：

（1）測試場地宜選擇在炮孔中心連線垂直的方向上；

（2）為了能較好地描述地振動的變化規律，爆破振動測點要足夠多，當藥量一定時，可根據經驗選取各測點到爆心的距離；

（3）爆心距的選取應使各測點的比尺距之間有一定的差距；在測試現場可能的條件下，為避免試驗數據密集在某一個區域內，相鄰二測點比尺倒數的對數值之差選為常數；

（4）對建筑物進行安全監測時，選擇的測點分布在民房和工廠廠房等建筑物承重部位的基礎處，測點的地面保證基本平整；

（5）確定各測點位置，測量出各測點的坐標（每次爆破中各測點的爆心距、高差）。

傳感器是反映被測信號的關鍵部位，為了能正確反映所測信號，除了傳感器本身的性能指標滿足一定的要求外，傳感器的安裝、定位也是極其重要的。在本文的爆破振動監測中，采用TC-4850爆破震動儀及配套的速度傳感器，安全監測的測點布置在有浮渣的地面上，為了使傳感器與測點的表面牢固地結合在一起，直接用速凝劑將傳感器粘固在水泥地平表面上不能保證很好的耦合，所以應用鐵釘。測線的測點布置在爆源中心連線上。

4　現場爆破試驗及其結果分析

某隧洞貫穿整個露天礦礦區，現場爆破試驗選擇該礦區的南露天礦生產爆破中進行，選取爆源點在引水隧洞的頂部，分別為雙孔齊發爆破和雙孔微差爆破，炮孔孔徑140mm，炮孔深13m，堵塞4.5m，由于本次現場試驗研究和礦山生產計劃之間的矛盾，故本次研究在南露天進行現場試驗中未做微差時間為42ms的相關測試，雙孔微差爆破的微差時間選擇為25ms。

根據選取的爆心距和孔網參數，分別進行雙孔齊發爆破和雙孔微差爆破現場試驗。布置測點如圖1所示。對比分析測點數據如表1所示，微差爆破各方向峰值振速的衰減率如表1所示。

現將表1所述的齊發爆破與微差爆破各向峰值振速及和速度隨爆心距的變化做逐一對比，如圖2～圖5所示。

圖2　水平徑向峰值振速

圖3　豎直向峰值振速

通過以上三向振速及和速度對比圖可得出結論：采用25ms微差爆破的峰值振速明顯低于齊發爆破測點的峰值振速，進一步說明了微差爆破的降振效果。為了更好地論述微差爆破的降振作用，運用衰減率進行分析，衰減率計算公式為：

式中：η——衰減率；

Vq——齊發爆破各節點處峰值振速；

Vw——微差爆破各節點處爆破振動峰值振速。

由衰減規律得出衰減率如表2所示。

表2　雙孔微差和雙孔齊發爆破各方向振速衰減率

圖4　水平切向峰值振速

圖5　和速度對比圖

表2中計算出雙孔微差爆破和雙孔齊發爆破的和速度平均衰減率為ηˉh=21.29%，由此可知，在微差時間為25ms情況下，該礦區爆破振動相對于齊發爆破得到很大程度降低（約20%）。

5　結論

本文進行了現場爆破試驗，現場相同裝藥結構、相同孔網參數條件下，分別對雙孔微差爆破和雙孔齊發爆破進行了爆破振動監測，并且對比分析了微差爆破的降振率，水平徑向降振率平均在23%，垂直方向降振率平均在25%和水平切向降振率平均在16%，和速度的降振率達到了21.3%，進而說明了微差爆破降低爆破振動對隧洞的穩定性影響有很重要的意義。

［1］李廷春，沙小虎，鄒強.爆破作用下高邊坡的地震效應及控爆減振方法研究［J］.爆破，2005，22（1）：1-5.

［2］張袁娟，黃金香，袁紅.緩沖爆破減震效應研究［J］.巖石力學與工程學報，2011，3（5）：967-973.

［3］馮林.爆破振動智能預測技術研究［D］.武漢：武漢理工大學，2011.

［4］徐全軍，王希之.柱狀裝藥近源場爆破振動峰值預報研究［C］//第七屆全國工程爆破學術會議論文集，2007.

［5］易長平，盧文波，張建華.爆破振動作用下地下洞室臨界振速的研究［J］.爆破，2005，22（4）：4-7.

［6］朱瑞賡，李錚.爆破地震波作用下巖石隧道的臨界振動速度［C］//工程爆破文集（第二輯），冶金工業出版社，1953：285-291.

［7］王軍躍.爆破振動信號疊加法及其在露天礦的應用［D］.武漢理工大學，2007.

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1004-5716（2016）03-0167-03

2015-12-07

2015-12-08

呂鑫（1983-），男（漢族），山西太原人，工程師，現從事計算機科學與技術研究工作。