銀山礦業露天采場生產爆破振動測試分析

漆佳裕，楊朝云，周 鷺，陳 斌，劉 樺，涂欣強

（江西銅業集團銀山礦業有限公司，江西 德興 334200）

1 研究背景與尾礦庫現狀

隨露天礦邊坡的穩定性因素很多，比如巖體結構及構造、節理裂隙發育程度、巖體的物理力學性質、原地下采空區巷道等工程地質條件，同時也包括邊坡角度、外界條件（雨水、爆破擾動）以及邊坡的服務年限等。由于露天開采強度較大，生產爆破作業較頻繁，因此爆破地震波對邊坡穩定性影響在露天開采礦山中顯得比較突出。

2 工程概況

銀山礦業露天采場生產供礦能力5000t/d，一期設計最低標高-180m，封閉圈標高72m，初步設計的最終邊坡角為45°［1］。礦區邊坡巖體工程地質特性復雜，且局部邊坡巖體內部存在原井下開采的采空區和巷道，邊坡在擴幫過程中像東北部、西北部、南部邊坡局部巖層曾發生滑坡、崩落、塌陷等地質災害。在后期開采過程中，隨著采剝深度的增加，邊坡安全問題受爆破振動的影響將越來越突出［2］。

銀山礦業露天采場生產爆破采用中深孔臺階拋擲爆破技術。爆破參數如下：臺階高度12m，孔深13.5～14m，孔徑152mm/140mm，孔網參數多采用5m×3.5m、5m×3m和5.5m×3.5m，采用梅花型布孔方式，利用混裝乳化炸藥車現場裝藥，炸藥單耗0.99kg/m3。采區臨近邊坡采用預裂爆破技術，其爆破參數如下：孔徑110mm，孔間距1300/1400mm，傾角65°，孔深13m，裝藥線單耗0.8kg/m，采用間隔不耦合裝藥。

3 爆破振動測試實驗

3.1 測振技術路線與振動安全允許標準

針對銀山礦業露天采場的現場情況，在靠幫區域或軟弱結構面區域通過測點優化布置，進行多次爆破振動監測，獲取足夠的現場數據，然后分析擬合爆破振動的場地系數及衰減指數，得出爆破影響區域的爆破振動衰減規律，對銀山礦業露天采場的爆破規模提出合理化建議，為礦山以后的爆破設計提供科學有效的技術支持，盡量減少爆破振動對邊坡的影響，保證礦山的安全生產［3］。具體技術路線如圖1所示。

圖1 爆破振動測試及減振技術研究技術路線

目前我國在爆破振動對邊坡的影響研究領域主要有《爆破安全規程》（GB6722-2014）、《非煤露天礦邊坡工程技術規范》（GB51016-2014）、《金屬非金屬露天礦山采場邊坡安全監測技術規范》（AQ2063-2018）和《水電水利工程爆破安全監測規程》（DL/T 5333-2005）標準或規范。銀山礦業露天采場屬于金屬露天礦山中深孔爆破，爆破振動應根據實際情況并結合國內外礦山經驗值，靠幫邊坡質點振動速度應小于24cm/s。

此外，《爆破安全規程》（GB6722-2014）還規定了爆破振動安全允許距離計算公式。

式中：R為爆破振動安全允許距離，m；Q為炸藥量，齊發爆破為總藥量，延時爆破為最大單段藥量，kg；V為保護對象所在地安全允許質點振速，cm/s；K，α為與爆破點至保護對象間的地形、地質條件有關的系數和衰減指數，應通過現場試驗確定；在無試驗數據的條件下，可參考表1選取。

表1 爆區不同巖性的K、α值

3.2 測振儀器

監測系統一般包括傳感器、監測儀、存儲體、電腦幾大部分組成，如圖2所示。

圖2 爆破振動監測系統示意圖

監測振動參量分為速度、加速度、位移。從理論上來講，速度、加速度和位移各振動參量之間，通過積分、微分，是可以相互轉化的。但是由于實際儀器的頻寬、噪音、線形誤差、靈敏性和輸入輸出幅度的限制等問題的存在，每種儀器只有一定的監測范圍和分辨能力。如儀器可測最大振幅為100mm時，1mm的幅值已接近判斷誤差。所以，測量到大幅值的頻率成分時，小幅值的頻率成分已被噪聲和誤差所掩沒了［4］。因此，在具體工程監測時，應根據實際需要，選用合適的監測系統，確定合理的量測范圍。

本次爆破振動監測采用的是成都泰測科技有限公司生產的Mini系列爆破測振儀。該監測系統由傳感器、振動監測儀和微型計算機等組成，如圖3所示。

圖3 爆破振動監測系統圖

3.3 爆破振動現場監測

3.3.1 測點選擇與布置方法

技術人員對露天采場進行了現場爆破振動監測。按照工程地質分區的要求，共設置有3個測振區，每個測振區布置5個測點，監測到4個爆破區的爆破振動信號。下圖為爆破區及測振區測點布置圖4。

圖4 爆破區及測振區測點布置圖

測點布置按照“近密遠疏”的原則布置，根據爆破位置以及現場生產情況將5個測點分別布置在各臺階坡腳處。監測點布置如圖5所示。

圖5 爆破振動測點布置圖

測試的4個爆破區的坐標如表2所示：

表2 爆破區中心坐標

4個爆破區中心與3個測振區各測點的距離分別如表所示。

（1）第一爆破區位于北側-36m平臺，有30個炮孔，孔徑150mm，孔距5.5m，排距3.5m，平均孔深14.5m，采用現場混裝乳化炸藥，連續裝藥，孔內延時結合孔外延時，單孔或兩孔同時起爆，實際最大單響藥量為410kg（兩孔同時起爆，一個孔210kg，另一個孔200kg）。

第一爆破區由5個測振點進行測試。其中，1#、2#和3#測振點位于-36m平臺，4#、5#測振點位于-24m平臺。爆破區中心與測振區各測點的距離如表3所示。

（2）第二爆破區位于西南側-48m平臺，有20個炮孔，孔徑150mm，孔距5.5m，排距3.5m，平均孔深17m，采用現場混裝乳化炸藥，連續裝藥，孔內延時結合孔外延時，逐孔起爆，實際最大單響藥量為250kg。

第二爆破區由5個測振點進行測試。測振點位于72m平臺。爆破區中心與測振區各測點的距離如表4所示。

（3）第三爆破區位于東側-48m平臺，有34個炮孔，孔徑150mm，孔距5.5m，排距3.5m，平均孔深14m，采用現場混裝乳化炸藥，連續裝藥，孔內延時結合孔外延時，單孔或兩孔同時起爆，實際最大單響藥量為400kg（兩孔同時起爆，每個孔200kg）。

第三爆破區由5個測振點進行測試。測振點位于72m平臺。爆破區中心與測振區各測點的距離如表5所示。

表3 第一爆破區中心與測振區測點距離

（4）第四爆破區位于東側-60m平臺，有46個炮孔，孔徑150mm，孔距5.5m，排距3.5m，平均孔深14m，采用現場混裝乳化炸藥，連續裝藥，孔內延時結合孔外延時，單孔或兩孔同時起爆，實際最大單響藥量為380kg（兩孔同時起爆，每個孔190kg）。

第四爆破區由5個測振點進行測試。測振點位于72m平臺。爆破區中心與測振區各測點的距離如表6所示。

3.3.2 爆破振動監測結果

監測過程中，共獲得13組質點峰值振動速度、加速度、主振頻率有效數據。各次爆破振動監測結果如7、表8、表9所示。

表4 第二爆破區中心與測振區測點距離

表5 第三爆破區中心與測振區測點距離

表6 第四爆破區中心與測振區測點距離

表7 第1次爆破振動監測數據匯總表

表8 第2次爆破振動監測數據匯總表

表9 第3次爆破振動監測數據匯總表

4 爆破振動衰減規律

對于特定的地震波傳播前提而言，質點振動速度主要受爆破藥量和測點與爆源的間距的影響［5］。質點峰值振動速度與裝藥量、距離、場地系數K和衰減指數α的數學關系如下：

式中：

V為質點峰值振動速度，cm/s。取三分量監測數據的最大值；Q為炸藥量，齊發爆破時為總裝藥量，毫秒延時爆破時為最大一段裝藥量，kg；R為測點與爆源中心的距離，m；K為與巖石性質、爆破方法等因素有關的系數，即場地系數；α為與地質條件有關的地震波衰減指數；ρ為比例藥量，

因上述衰減公式中V和ρ不是線性關系，故需將公式轉換成線性關系式才能回歸，從而得出相應的K、α值。將公式等號兩邊取對數得到如下線性形式。

在所取有效數據充分時，可按數理統計原理的最小二乘法對上式進行回歸。這一回歸方法所依據的原則是使所有觀測值與其對應的回歸值誤差的平方和達到極小值。

對于N組監測數據，即N個測試點：

式中“∑”符號表示對所有N點的相應數據求和，求得未知量K和α如下。

在剔除出明顯的數據噪音之后，擬合出與爆破點與測點間的地形、地質條件有關的系數K和衰減系數α：場地系數K=328.02，衰減指數α=1.809。

5 結論

（1）銀山礦業露天采場監測區域范圍內爆破振動質點振動速度衰減規律公式為。

（2）在鄰近采場最終境界或永久邊坡的靠幫邊坡爆破時，宜采用預裂爆破等控制爆破技術，優化爆破參數，進一步加強減振控制技術研究［6］。

（3）優化孔網參數和爆破網路，控制爆破總孔數，排數控制在4排以內，減少齊發爆破總藥量，進一步減小爆破振動。

（4）局部需要保護的永久邊坡，炮孔孔徑152mm改為140mm，減小齊發爆破藥量，減小爆破振動。