某采場大規模爆破施工振動監測分析

周志剛 盛曉雅 洪國敏

(包鋼集團礦山研究院)

某采場爆區位于東采場北幫1536段30#～37#線，設計穿孔長度630 m，平均厚度70 m；上盤高程為1 547～1 549.3 m，西高東低，平均高程為1 547.6 m；下盤預計高程為1 536 m，平均段高11.61 m。爆區采用牙10/牙14雙鉆機聯合作業方式進行穿孔，于2018年3月15日開始穿孔作業，4月17日穿孔成區，共計用時34 d，穿孔745個，完成穿孔米道10 010 m。爆區總爆破量173萬t，其中礦石11.2萬t，巖石161.8萬t，使用炸藥412 t，平均單耗238 g/t，平均延米爆破量173 t/m。爆破區域環境一般，爆區中心位置與采場北側排土場的水平距離約370 m，爆區北側邊坡垂直高度約80 m。本研究對該區爆破方案進行分析，并進一步討論爆破作業對采場邊坡的影響。

1 爆破方案

爆區爆破作業采用三角形布孔方式[1-3]，區內巖性較復雜，設計孔網參數為11 m×6 m，穿孔深度為13～15 m，平均超深2.4 m，在爆區靠東側區域，巖性出現明顯變化，該處含有少量混合礦，設計的孔網參數為10 m×6 m。由于爆區規模較大，且爆區后側已揭露的臺階巖性為碳質板巖，相較其他部位來說較不穩定。為減少單次起爆的最大藥量，有效降低爆破振動，確保采場邊坡穩定，爆區設計采用高精度逐孔起爆技術進行爆破。該區爆破采用連續裝藥結構，初步設計為：①孔深13 m區域底部裝藥650 kg，填塞高度6.5 m；②孔深15 m區域底部裝藥800 kg，填塞高度7 m；③孔深16 m區域底部裝藥950 kg，填塞高度6.5 m(圖1)。

圖1 爆區裝藥結構示意

2 爆破振動監測分析

本研究選擇由TCS-B3型三軸振動速度傳感器、低噪聲屏蔽信號電纜和TC-4850N型無線網絡測振儀組成的監測系統對爆區爆破振動進行監測。測點布置如圖2所示，測點參數見表1。

圖2 測點布置位置

測點編號儀器編號傳感器編號測點與爆區中心的距離/m傳感器位置坐標/mXYZ1#TM1601019333002925180112 378.30745 216.4401 599.0682#TM1601019336002885290112 377.21244 998.0071 586.9923#TM1601019335002988345112 291.65245 557.9851 611.9554#TM1601018303002875420112 326.84145 626.4011 621.837

爆破振動現場監測于2018年4月19日進行，共監測了1炮次。此次爆破地震波的主要參數取值為：質點峰值振動速度為1.018 9～2.736 9 cm/s；主頻率為8.4～20.5 Hz；質點振動持續時間為 0.848 2～2.744 4 s。監測表明：①在距離爆心180 m處(1#測點)監測到的地面質點峰值振動速度為1.018 9～1.672 2 cm/s，實測最大質點峰值振動速度為1.672 2 cm/s，主頻率為11.7 Hz；②在距離爆心290 m處(2#測點)監測到的地面質點峰值振動速度為2.361 9～2.709 7 cm/s，實測最大質點峰值振動速度為2.709 7 cm/s，主頻率為17.9 Hz；③在距離爆心345 m測點處(3#測點)監測到的地面質點峰值振動速度為1.418 7～2.736 9 cm/s，實測最大質點峰值振動速度為2.736 9 7 cm/s，主頻率為11.1 Hz；④距離爆心420 m處(4#測點)監測到的地面質點峰值振動速度為1.276 3～1.552 0 m/s，實測最大質點峰值振動速度為1.552 0 cm/s，主頻率為9.9 Hz。上述所有測點的峰值振動速度均小于安全允許振速8.0 cm/s[4]，故可以認為東采場1536段大規模爆破施工不會對邊坡造成損壞性影響(如坡體開裂、坡面原有裂隙擴張、延伸及出現新裂縫等)；所有監測點的主頻率為8.4～20.5 Hz，爆破振動頻率大于邊坡固有頻率(邊坡的固有頻率一般小于3 Hz)，爆破振動不可能與邊坡發生共振，因而邊坡也就不會因共振而出現裂縫。

根據礦區難爆區和易爆區的爆破振動測試結果，通過薩道夫斯基公式對監測數據進行了回歸計算，得出K、α的值。該公式可表示為[4-7]

式中，V為質點爆破振動速度峰值，cm/s；K為與爆破場地地質、爆破方法等因素有關的系數，難爆破區取122.084，易爆區取170.672；α為與地質條件有關的地震波衰減指數，難爆區取1.403，易爆區取1.462；Q為與V相對應的最大一段起爆藥量，kg；R為測點與爆心的直線距離，m。

本研究爆區屬易爆區，Q=800 kg，K=170.762，α=1.462，各測點爆破振動速度峰值計算結果見表2。分析表2可知：盡管本研究計算出的測點爆破振動速度峰值與實測值有一定的出入，但均小于《爆破安全規程》(GB 6722—2014)[4]對一般民用建筑物規定的安全允許振速(8.0～12 cm/s)，表明本研究爆破作業不會對爆區周邊邊坡及建(構)筑物造成影響。

表2 各測點處的爆破振動速度峰值

3 結 語

通過對某采區大規模爆破施工過程中的爆破振動進行了監測，討論了爆區作業對礦區邊坡及周邊建筑物的影響。結果表明：爆區所有測點的峰值振動速度均小于安全允許振速8.0cm/s，爆破振動主頻率最小為8.4Hz，最大為20.5Hz，爆破振動不會對周圍邊坡及建(構)筑物產生破壞。