露天深孔爆破振動(dòng)控制技術(shù)

黃 政，宋耀東，張輝平，姜 霆，胡 勇

(四川中鼎爆破工程有限公司， 四川 成都 610041)

0 引 言

貴州遵義某灰石礦，礦區(qū)面積達(dá)0.9527 km2，主要開采方式為露天開采，礦山生產(chǎn)能力為200萬(wàn)t/a。周邊300 m范圍內(nèi)群眾全部搬遷，無(wú)重要保護(hù)對(duì)象；600 m范圍內(nèi)存在群眾聚居，房屋構(gòu)造多為毛石房屋和土坯房，抗震性能較差，根據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2014）規(guī)定，最大允許振速根據(jù)頻率不同，分別為0.45，0.9，1.5 cm/s。

1 爆破振動(dòng)的危害

爆破振動(dòng)的主要危害在于對(duì)周邊建（構(gòu)）筑物的破壞，對(duì)周圍人、動(dòng)物等引起不適感覺(jué)。

1.1 爆破振動(dòng)對(duì)建（構(gòu)）筑物的影響機(jī)理

爆破振動(dòng)對(duì)建筑物的影響主要在于爆破振動(dòng)引起建筑物在水平和垂直方向發(fā)生振動(dòng)位移，長(zhǎng)時(shí)間的影響會(huì)導(dǎo)致建筑物變形，當(dāng)變量超過(guò)安全值時(shí)，就會(huì)影響建筑物的安全性，導(dǎo)致建筑物存在較大的安全隱患。

1.2 爆破振動(dòng)對(duì)人、動(dòng)物的影響

當(dāng)爆破振動(dòng)較大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生空氣沖擊波、噪音等危害，這種空氣沖擊波、噪音常常在過(guò)往行人和附近居民毫無(wú)心理準(zhǔn)備中突然發(fā)生。由于噪音強(qiáng)度通常超過(guò)100 dB，甚至高達(dá)100～500 dB，頻率高，而且伴隨強(qiáng)烈的沖擊波。因此，會(huì)對(duì)居民造成聽力損傷，并伴隨劇烈耳鳴、暈眩、惡心嘔吐等癥狀。

2 減小爆破振動(dòng)的措施

從降振和減振的技術(shù)措施來(lái)說(shuō)，主要手段有以下幾種：

（1）從爆源上進(jìn)行控制；

（2）從傳播途徑進(jìn)行控制；

（3）減小受振對(duì)象的吸振。

通常第一種和第三種情況可以通過(guò)工程措施進(jìn)行優(yōu)化。

2.1 從爆源上進(jìn)行控制

2.1.1 改變布孔方式，調(diào)整起爆方向

自由面是爆破施工中的重要環(huán)節(jié)，自由面的存在個(gè)數(shù)及大小類型等都對(duì)爆破振動(dòng)有著很大影響，對(duì)單個(gè)自由面、兩個(gè)自由面、三個(gè)自由面進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)自由面條件越好，爆破振動(dòng)速度越小，自由面主要通過(guò)布孔和起爆順序的設(shè)計(jì)來(lái)控制。

（1）選擇合理的炮孔密集系數(shù)（孔距與排距之比），達(dá)到最小化后沖，防止炮孔能量不能充分地起到拋擲破碎的效果，轉(zhuǎn)化成地震波和空氣沖擊波等。

（2）巖體破碎后膨脹，根據(jù)松散系數(shù)計(jì)算一般需要 30%～40%額外補(bǔ)償空間，選擇自由面比較充分地布孔方式，預(yù)防由于補(bǔ)償空間不足導(dǎo)致振動(dòng)加強(qiáng)。

（3）設(shè)計(jì)合適的起爆網(wǎng)路，使先爆炮孔為后爆炮孔創(chuàng)造出良好的自由面。

2.1.2 調(diào)整裝藥結(jié)構(gòu)

根據(jù)理論研究表明，采用低爆速的炸藥和間隔裝藥可以起到減振的效果，這就要求盡量使用低爆速的炸藥。根據(jù)科學(xué)研究表明，孔內(nèi)炸藥的爆速和起爆藥包的爆速成正相關(guān)關(guān)系（如圖 1所示）。通過(guò)改變起爆藥包的爆速來(lái)降低周圍炸藥的爆速，從而起到減振的作用。將之前使用的起爆彈裝換成32乳化炸藥，一般采取5根32乳化炸藥捆綁作為一個(gè)起爆體，但是由于32乳化炸藥爆速為3800 m/s，爆速與起爆彈相比要低得多，根據(jù)圖1中正相關(guān)關(guān)系來(lái)看，采用乳化炸藥引爆主裝藥比使用起爆彈引爆主裝藥在爆破過(guò)程中的爆速將會(huì)更低。

具體裝藥結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖1 起爆體爆速影響周圍被激發(fā)炸藥的爆速

圖2 裝藥結(jié)構(gòu)

（1）炮孔底部裝直徑90 mm乳化炸藥，主要目的是防止底部滲水同時(shí)加強(qiáng)底部裝藥克服根底。

（2）起爆體放置在臺(tái)階底部水平位置，最大限度地克服底部阻力。

（3）起爆體上部裝散裝炸藥，以便確保起爆體和炸藥完全耦合，同時(shí)避免投放條狀炸藥對(duì)起爆體產(chǎn)生沖擊。

（4）裝藥最上部在保證堵塞長(zhǎng)度的前提下采用編織袋卡在孔口使炮孔形成空氣間隔，起到上部緩沖作用。

2.2 從轉(zhuǎn)播途徑上進(jìn)行控制

傳播途徑上主要是減小地震波的疊加，可以采用分段起爆，或在爆源和受振點(diǎn)之間增加減振溝。

2.2.1 逐孔起爆

逐孔起爆就是同一排的炮孔按照設(shè)計(jì)好的延期時(shí)間，從起爆孔依次向后傳爆，實(shí)現(xiàn)單個(gè)相鄰炮孔時(shí)間錯(cuò)開起爆的方法，逐孔起爆技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

（1）先爆炮孔始終為后爆炮孔提供自由面；

（2）爆破過(guò)程中應(yīng)力波依靠自由面來(lái)回反射，巖石在拉應(yīng)力的充分作用下加強(qiáng)破碎；

（3）相鄰炮孔之間由于起爆時(shí)間具有先后性，導(dǎo)致互相碰撞、擠壓充分增加了巖石的二次破碎；

（4）分段起爆，爆破振動(dòng)較小。

2.2.2 選擇合理的微差時(shí)間

分段爆破減振的主要原理是當(dāng)每段爆破單獨(dú)進(jìn)行時(shí)，各段地震波之間沒(méi)有相互的干擾和疊加，主要取決于最大一段藥量。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇澳瑞凱高精度雷管，孔間時(shí)間為25 ms/s，排間延期時(shí)間為65 ms/s。

2.2.3 減振溝等工程措施

（1）在采場(chǎng)與居民房屋之間寬2 m，深3 m的兩條減振溝，起到阻止爆破振動(dòng)傳播的途徑。

（2）確保每次爆破為清渣爆破，爆堆有足夠的補(bǔ)償空間。

3 數(shù)據(jù)回歸

礦山采購(gòu)了NUBOX便攜式測(cè)振儀對(duì)礦山的爆破振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 爆破振動(dòng)數(shù)據(jù)

對(duì)表1數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，研究K、a值，再通過(guò)K、a值進(jìn)行爆破振動(dòng)距離計(jì)算，確定地震波的安全距離。

目前，國(guó)內(nèi)外常采用薩道夫斯基公式預(yù)測(cè)爆破振動(dòng)：

式中，V為質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，cm/s；Q為爆破裝藥量，齊發(fā)爆破時(shí)取總藥量，分段延遲爆破時(shí)為最大段裝藥量，kg；R為爆源至測(cè)點(diǎn)的距離，簡(jiǎn)稱爆心距，m；K、α為與場(chǎng)地地質(zhì)條件、巖體特性、爆破條件以及爆破區(qū)域觀測(cè)點(diǎn)或建（構(gòu)）筑、防護(hù)目標(biāo)相對(duì)位置等有關(guān)的常數(shù)。

回歸方法如下：

通過(guò)計(jì)算：K=EXP(5.0488)=155.835，根據(jù) K值的取值范圍，取155。a=1.499，根據(jù)取值范圍取值為1.5。

表2 爆破振動(dòng)回歸數(shù)據(jù)

4 爆破振速

爆破地震波安全距離按下式計(jì)算：

式中，V為質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，cm/s；R為質(zhì)點(diǎn)到爆破中心的距離（m），測(cè)振儀測(cè)試點(diǎn)分為100 m，150 m。K為與地形地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和指數(shù)，k=155,a=1.5。Q為爆破最大一段藥量，kg，取135 kg。

經(jīng)計(jì)算，100 m處V為1.8 cm/s，150 m處V為 0.98 cm/s。計(jì)算結(jié)果與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)較為接近，能夠提前理論上預(yù)測(cè)振速。

5 結(jié) 語(yǔ)

爆破振動(dòng)是礦山爆破的最大危害之一，嚴(yán)重影響礦群關(guān)系，同時(shí)給居民生活帶來(lái)較大影響，這就要求不斷通過(guò)各種措施來(lái)降低爆破振動(dòng)。通過(guò)采取多種減振措施后，儀器檢測(cè)的爆破振動(dòng)速度明顯減少，周邊群眾體感明顯減弱，礦群關(guān)系得到改善。