某露天礦爆破振動薩道夫斯基回歸分析

馬文有

（寧夏天宏爆破有限公司，寧夏 銀川 750001）

露天爆破過程中，由于炸藥能量釋放不可能全部用來做功，一大部分爆炸能量以爆破振動、爆破飛石等爆破有害效應(yīng)的形式釋放，造成較多重大安全事故爆破，所以爆破有害效應(yīng)控制往往成為爆破工程安全管理的重點(diǎn)和難點(diǎn)，爆破振動是爆破有害效應(yīng)的一種主要形式，爆破地震波在產(chǎn)生和傳播過程中，受到爆源和傳播條件的影響，爆源即震源，與裝藥量、爆破方法、起爆方式、爆破參數(shù)等有關(guān)；傳播條件是指地震波在傳播途徑上的地形、地質(zhì)、介質(zhì)性質(zhì)和傳播距離等，爆破地震強(qiáng)度可以用介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生的振動速度、加速度和位移來表示，我國用地面質(zhì)點(diǎn)振動速度作為衡量爆破地震強(qiáng)度的標(biāo)志，采用前蘇聯(lián)科學(xué)家薩道夫斯基由試驗(yàn)歸納出爆破振動速度計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式即薩道夫斯基公式來計(jì)算和預(yù)測爆破振動大小，公式如下：

其中公式中與介質(zhì)性質(zhì)和爆源條件有關(guān)的系數(shù)K和衰減指數(shù)a需要事先選取，我國《爆破安全規(guī)程》GB6722-2014給出了K、a選取范圍，但因不同爆破介質(zhì)巖性差異太大，取值范圍也較大，造成無法精準(zhǔn)地預(yù)測爆破振動大小，《爆破安全規(guī)程》2014根據(jù)不同巖性給出的K和a值取值范圍如下：

堅(jiān)硬巖石：K取值范圍5～150，a取值范圍1.3～1.5；

中硬巖石：K取值范圍150～250，a取值范圍1.5～1.8；

軟巖石：K取值范圍250～350，a取值范圍1.8～2.0。

本文依托天水中材水泥有限責(zé)任公司秦州區(qū)關(guān)子鎮(zhèn)水泥用大理石礦山，通過在礦山現(xiàn)場多次爆破振動試驗(yàn)，采用數(shù)學(xué)回歸分析的方法求出本礦山實(shí)際K和a值，為本礦山和同類型其他礦山爆破設(shè)計(jì)提供更加精確的計(jì)算依據(jù)。

1 試驗(yàn)原理與方案

1.1 試驗(yàn)原理

在現(xiàn)場爆破作業(yè)時(shí)，沿著爆破體背對自由面一側(cè)布設(shè)測振儀，通過收集多次爆破測振儀實(shí)測爆破振動速度，根據(jù)爆破振動計(jì)算公式：V=K（Q13/R）a，利用數(shù)學(xué)回歸分析的方法（最小二乘法：回歸方程計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)值差的平方和最小）計(jì)算出K和a值，為了力求計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確和接近真實(shí)，采用中科測控4850型爆破振動儀自帶Blasting vibration analysis爆破測振分析軟件和Excl編程列表兩種回歸分析計(jì)算相互印證的方法，通過取算術(shù)平均值，最終求得礦山接近于實(shí)際K和a值，具體測振計(jì)劃如下：

（1）測振位置：1695m、1710m平臺西側(cè)；

（2）方法：單臺多次測振法、多臺一次測振法；

（3）時(shí)間：2020年8～10月；

（4）設(shè)備選擇：中科測控4850、3850型共6臺。

具體試驗(yàn)現(xiàn)場布置如圖1所示。

圖1 單臺測振儀多次測振與多臺測振儀1次測振區(qū)域布置圖

1.2 試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)材料、設(shè)施準(zhǔn)備

本次爆破振動試驗(yàn)按兩種方法，計(jì)劃用的材料主要有測振儀、石膏粉、飲用水等，具體試驗(yàn)裝置及安裝要求：

（1）單臺多次測振法：采用中科測控4850型爆破測振儀1臺，共進(jìn)行4次爆破試驗(yàn)，其他材料計(jì)劃包括：石膏、飲用水、計(jì)算機(jī)及爆破振動分析軟件；

（2）多臺一次測振法：采用中科測控4850型爆破測振儀2臺，中科測控3850型爆破測振儀4臺，共進(jìn)行1次爆破試驗(yàn)，其他材料計(jì)劃包括：石膏、飲用水、計(jì)算機(jī)及爆破振動分析軟件；

（3）儀器安裝試驗(yàn)要求：儀器安裝在穩(wěn)定的基巖上，清除基巖附近碎石和其他雜物；傳感器X、Y、Z軸方向應(yīng)正確安裝；安裝前確保儀器觸發(fā)閾值設(shè)置在有效范圍內(nèi)。

1.3 試驗(yàn)要求

（1）多臺測振儀一次爆破試驗(yàn)時(shí)應(yīng)確保幾臺測點(diǎn)布置在一條直線上；

（2）試驗(yàn)爆破區(qū)域地質(zhì)和爆破網(wǎng)路、參數(shù)應(yīng)盡量趨于一致；

（3）多次爆破試驗(yàn)時(shí)測振儀器應(yīng)布置在自由面同一側(cè)和同一水平；

（4）第一臺測振儀距最后一臺測振儀距離應(yīng)大于100m；

（5）爆心距的測量均應(yīng)從爆破最后一排孔中心至傳感器，裝藥量規(guī)矩爆破安全規(guī)程規(guī)定取單響藥量，其他規(guī)定執(zhí)行爆破行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《爆破振動監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》TCSEB 0008-2019。

2 單臺測振儀多次爆破振動測試與回歸計(jì)算

2020年9～10月份，在礦山西礦區(qū)1710m和1695m水平分別進(jìn)行了4次爆破振動試驗(yàn)，巖石均為均質(zhì)厚層大理巖，改性銨油炸藥、連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)、電子雷管逐孔起爆網(wǎng)路，現(xiàn)場測振如圖2所示。

圖2 技術(shù)人員在現(xiàn)場進(jìn)行測振儀器的布設(shè)和爆心距測量

通過4次爆破振動測試，具體數(shù)據(jù)收集如表1所示。

表1 單臺測振儀多次爆破振動測試數(shù)據(jù)收集表

爆破振動現(xiàn)場測試完成并進(jìn)行數(shù)據(jù)整理后，利用中科測控4850爆破測振儀自帶的Blasting vibration analysis薩道夫斯基回歸分析軟件進(jìn)行了K和a值回歸計(jì)算，結(jié)果如表2所示。

表2 單臺測振儀多次爆破測振試驗(yàn)成果表

3 多臺測振儀一次爆破振動測試與回歸計(jì)算

3.1 現(xiàn)場爆破試驗(yàn)情況介紹與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2020年12月27日，在西礦區(qū)1710m水平進(jìn)行爆破作業(yè)1次，共58個(gè)炮孔，總延時(shí)505ms，總炸藥量8880kg，巖石為均質(zhì)厚層大理巖，改性銨油炸藥、連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)、電子雷管逐孔起爆網(wǎng)路，爆破振動數(shù)據(jù)收集如表3所示。

表3 多臺測振儀一次爆破測振試驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析表

爆破前自由面及炮孔布置、網(wǎng)路連接如圖3所示。爆破后爆堆及礦石塊度如圖4所示。

圖3 爆破前自由面及炮孔布置、網(wǎng)路連接圖

圖4 爆破后爆堆及礦石塊度

現(xiàn)場爆破測振準(zhǔn)備如圖5所示。

圖5 技術(shù)人員在現(xiàn)場進(jìn)行測振儀器的布設(shè)和爆心距測量

爆破振動現(xiàn)場測試完成并進(jìn)行數(shù)據(jù)整理后，利用中科測控4850型爆破測振儀自帶薩道夫斯基回歸分析軟件Blasting vibration analysis進(jìn)行了K和a值回歸計(jì)算。

3.2 利用最小二乘法進(jìn)行回歸方程代換與計(jì)算

根據(jù)收集的數(shù)據(jù)，利用“最小二乘法”即，將薩道夫斯基公式（非線性）與線性方程進(jìn)行轉(zhuǎn)換，根據(jù)V=K（Q1/3/R）a，首先進(jìn)行變量代換，令β=Q1/3/R，得到V=Kβa，對等式兩邊取對數(shù)，得到lg Vi=lg K+a lgβ，與線性方程yi=A+Bx類似，可以進(jìn)行回歸計(jì)算（lg Vi=yi,lg K=A,lgβ=xi,a=B)，具體計(jì)算見表4。

表4 最小二乘法回歸分析計(jì)算表

回歸方程y=2.36+1.58x，計(jì)算結(jié)果：根據(jù)lg K=A，可算出K=232，a=B=1.58。

4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總與結(jié)論

4.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總

2020年9～12月，共進(jìn)行5次爆破振動試驗(yàn)，其中前4次為每次一臺測振儀進(jìn)行測振，最后一次為6臺測振儀不同爆心距下的測振，具體見表5。

表5 爆破測振數(shù)據(jù)匯總表

4.2 試驗(yàn)結(jié)論

經(jīng)過現(xiàn)場多次試驗(yàn)并采用兩種不同方式進(jìn)行對比檢驗(yàn)，最終得到礦山接近于實(shí)際的K和a值：

（1）單臺多次測振法，2020年9～10月，共進(jìn)行4次爆破振動試驗(yàn)，計(jì)算得到：Ki=216，ai=1.52；

（2）多臺一次測振法，2020年12月，共進(jìn)行1次爆破振動試驗(yàn)，計(jì)算得到：Ki=232，ai=1.58；

（3）通過取算術(shù)平均值：K=（K1+K2）/2=224，a=（a1+a2）/2=1.55。

可以作為本礦山和其他類似礦山作為爆破振動安全校核時(shí)K和a值選取的依據(jù)。

然而由于每次試驗(yàn)爆破參數(shù)不可能完全一致，試驗(yàn)實(shí)施過程也可能存在一些誤差，并且爆破振動大小也于自由面選擇位置有關(guān)，本試驗(yàn)結(jié)論也存在一定局限性，希望各位爆破同仁進(jìn)一步研究和總結(jié)。