降振爆破技術在露天礦山的應用

李帥，謝亮波，顧紅建，楊海濤

(1.安徽馬鋼礦業資源集團南山礦業有限公司，安徽 馬鞍山市 243000；2.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司，安徽 馬鞍山市 243000)

0 引言

露天礦山爆破作業會產生多種危害，其中爆破振動和沖擊波造成的有害效應較為突出，不僅會對鄰近建（構）筑物的地基和結構造成破壞，而且也常常影響著附近居民的正常生活。如何采取有效的降振爆破技術，降低爆破振動對周邊環境的有害效應和負面影響，對于保障礦山的正常持續生產、促進礦區與地方的和諧發展，具有重要且緊迫的現實意義。

某露天金屬礦山設計生產能力為300 萬t/a，礦區距離城市東環路僅1.5 km，近乎是城市中的礦山。礦區周邊分布有多個村莊，該礦山的日常爆破作業，對鄰近建（構）筑物造成的震感較為明顯，引起當地部分居民的不滿，因此，礦地矛盾糾紛時有發生，對礦山持續穩定生產和居民正常生產生活帶來不利影響。本研究通過采用“孔底軟塞+逐孔起爆”降振爆破技術，降低爆破過程中的有害效應，達到有效控制爆破振動的目的。

1 降振爆破技術分析

1.1 孔底軟塞爆破技術

孔底軟塞爆破作用機理是：當在孔底放置軟塞時，在炸藥爆炸產生的應力波與爆生氣體的共同作用下，其準靜態壓力的峰值隨其作用膨脹體積的增大而相應下降，壓縮應力波隨其在介質中傳播距離的增加而急劇衰減[1?2]。因此，在炮孔底部放置軟塞不但能夠降低爆破初始脈沖壓力峰值，將部分能量儲存在軟塞中，延長整個炮孔的爆破作用時間，而且可以使能量沿炮孔的分布更趨于均勻，減少在壓縮區的能量損失，進而提高爆破能量利用率，改善爆破效果。

1.2 逐孔順序起爆技術

高精度導爆管雷管逐孔起爆技術主要是通過孔內和孔外不同延期段高精度導爆管雷管之間的配合使用，爆區內位于同一排的炮孔依照延期時間自起爆點依次起爆，同時，爆區內排間炮孔則依照另一延期時間依次向后排傳爆，進而使爆區內相鄰炮孔的起爆時間錯開，因此每個炮孔的起爆是相對獨立的。

逐孔起爆技術的特點是：在逐孔起爆的過程中，先爆炮孔為后爆炮孔多創造了一個自由面，爆炸應力波依靠自由面充分反射，巖石實現加強破碎，鄰近炮孔爆破時發生互相碰撞與擠壓[3]，炸藥能量疊加作用得到充分利用，增強了巖石二次破碎，進而改善了爆破效果，而且能夠使一次爆破最大一段裝藥量取決于最大單孔裝藥量，從而減少同段爆破藥量，最大程度地減弱爆破振動。逐孔起爆網絡連接圖如圖1 所示，其敷設方法為：孔內同段，地表分段。

圖1 逐孔起爆網絡連接

目前國內高精度導爆管雷管起爆系統大多使用的是非電導爆管雷管，這種導爆管雷管不但可以精確地控制時間，確保自由面的準時和穩定形成，而且能夠可靠地引爆乳化炸藥、硝銨類炸藥，其導爆管具有極高的強度和抗沖擊、耐摩擦性能，可以承受正常使用時的各種摩擦及沖擊。在該礦山的爆破過程中，考慮到爆破器材現狀，并結合以往的爆破經驗，決定采用高精度導爆管雷管逐孔順序起爆，以降低爆破振動對周圍建（構）筑物的影響。

2 孔底軟塞與高精度雷管逐孔起爆降振試驗

2.1 現場試驗過程

為降低爆破振動，在該露天礦山?24 m 臺階、?12 m 臺階共進行了4 次“孔底軟塞+高精度導爆管雷管逐孔起爆”降振爆破現場試驗。爆破試驗采用露天深孔爆破工藝，臺階高度為12 m，使用QYDZ-165 高風壓露天液壓潛孔鉆機穿孔，穿孔角度為90°，炮孔深度為14～14.5 m，超深為2～2.5 m，炮孔直徑為200 mm。炮孔孔距為8 m，排距為4.5～5 m，抵抗線為8～12 m。在裝填炸藥之前，首先在孔底放置長度約為0.8 m 的軟塞，在干孔內進行裝藥時，軟塞直接放入孔底；在水孔內進行裝藥時，先在軟塞內部放入適量的水和碎石，再把軟塞慢慢沉入孔底。孔底軟塞裝置如圖2 所示。

圖2 孔底軟塞裝置

采用條型巖石乳化藥包人工裝藥，乳化炸藥直徑為170 mm，密度為1.10 g/cm3，殉爆距離≥5 cm，爆速≥3200 m/s。礦巖爆破總量為6.71 萬t，炸藥總量為26.76 t。爆破采用澳瑞凱高精度毫秒延期導爆管雷管，逐孔爆破采用25 ms 等微差順序起爆。每次試驗均選取3 個不同的爆心距，采用TC3850型測振儀對爆破振動速度進行實測。爆破試驗參數見表1，爆破試驗降振效果見表2。

表1 爆破試驗參數

表2 爆破試驗降振效果

地面質點振動速度根據爆破振動薩道夫斯基公式計算：

式中，v為地面質點的峰值振動速度，cm/s；R為爆破點與計算點（或者觀測點）之間的距離，即爆心距，m；Q為裝藥量（當齊發爆破時為總裝藥量，當延遲爆破時為最大一段裝藥量），kg；K、α為代表與觀測點（或者計算點）到爆源之間的地形、地質條件有關的系數和衰減系數，根據該礦山前期爆破實測數據資料，這里K=246.6，α=1.5。從式（1）可知，在其他參數保持不變時，最大單響藥量越小，其產生的爆破振動也越小。

2.2 降振效果分析

（1）改善爆破效果。現場試驗表明，軟塞爆破效果良好，且爆堆較為集中，方便鏟裝，根據實際測算，鏟裝效率能夠提升5%左右。爆堆形狀如圖3 所示。

圖3 爆堆形狀

（2）降低爆破振動強度。在爆破時，由于孔底軟塞墊層的存在，使得爆炸沖擊波對孔壁和孔底平面的沖擊大大減小，從而進一步降低了爆破地震強度。從表2 可以看出，與不加填軟塞爆破相比，軟塞爆破在爆心距25 m 范圍爆破振動降低率為14.2%～18.2%，在爆心距50 m 范圍，爆破振動降低率為11.7%～15.7%，在爆心距100 m 范圍，爆破振動降低率為3.2%～6.5%，表明孔底軟塞爆破降振效果較好，而且爆心距越小，降振效果越明顯。

（3）采用高精度導爆管雷管逐孔順序起爆，能夠讓先爆炮孔產生的振動波和后爆炮孔產生的振動波之間發生互相干擾，或者峰值不能疊加在一起而錯開，降低爆破產生的最大峰值和最大段藥量，進而減弱了爆破振動。

3 結語

在該礦山應用“孔底軟塞+逐孔順序起爆”控制爆破技術后，有效降低了爆破振動強度，減少了爆破振動危害，不僅有利于保護采場邊幫的長期穩定，改善工作面的作業環境，而且減弱了對礦區鄰近建（構）筑物的影響，保障了礦山的安全生產和周邊環境的穩定，促進了礦山與地方的和諧相處、共同發展。