裝藥結構與孔內延期對露天深孔爆破振動影響研究

摘要：為研究露天礦山深孔爆破裝藥結構與孔內延期對爆破振動的影響，基于薩道夫斯基公式，應用Matlab軟件對連續裝藥結構的多級臺階質點振速峰值進行數據擬合，得出3個方向的質點振速峰值衰減公式。分析結果表明：豎直方向質點振速峰值衰減最快，水平方向接近；二級臺階的水平方向質點振速峰值稍大于豎直方向，與高程放大效應有關。經過對比間隔裝藥孔內延期結構分析得知，延期時間設置在15 ms與25 ms時，對降低爆破振動的效果明顯，可為類似工程項目施工提供參考依據。

關鍵詞：露天開采；爆破振動；薩道夫斯基公式；衰減規律；裝藥結構；孔內延期

[中圖分類號：TD235 文章編號：1001-1277（2025）03-0050-04 文獻標志碼：A doi：10.11792/hj20250309 ]

引言

露天礦山爆破振動是生產過程中無法避免的危害之一，爆破振動強度對安全生產有直接影響，近年來國內外眾多學者和工程技術人員在這方面做了大量的工作和研究。SAHELI等［1-2］研究得出，爆破振動會對鄰近既有建筑物造成一定影響，產生影響的主要原因在于爆破振動效應的主振頻率與建（構）筑物的固有頻率接近，從而發生共振破壞效應。史靈杰［3］針對露天礦山爆破振動對鄰近民房和其他建筑物產生潛在影響的問題，以現場爆破振動監測為依據，確定了不同結構建筑物的安全距離。李勝林等［4］依據現場爆破振動數據，基于日本株式會社公式和薩道夫斯基公式對爆破振動峰值速度進行分析與預測。張愛華等［5］考慮不同巖石條件、巖石完整性及巖石軟硬程度，對爆破振動速度峰值進行薩道夫斯基公式擬合，研究分析爆破振動的衰減效應。張鎖珠［6］詳細分析了爆破振動產生的機理和影響爆破振動的關鍵因素，在此基礎上提出多種爆破振動控制措施。付俊等［7］研究了爆破振動對露天礦山邊坡的影響，將監測數據與地質條件結合，采用修正的經驗公式相關系數達到0.94。李繼業等［8-9］在實際生產中總結了影響爆破振動的因素，提出巖石結構與起爆網絡等對爆破振動的具體影響。張士科等［10］為探索有效的爆破振動預測方法，通過建立遺傳算法優化BP神經網絡預測模型，分析得出爆破振動預測模型參數與特征參量之間呈非線性關系。張波等［11-13］采用量綱分析法推導出了包含高程等因素的振速預測模型，豐富了復雜場地環境的振速預測方式。

為研究得出露天礦深孔爆破裝藥結構與孔內延期對爆破振動的影響，本文依托某露天礦山工程項目，基于控制變量法分別采用連續裝藥結構與間隔孔內延期裝藥結構2種爆破方案進行現場試驗，并對

2種裝藥結構所誘發的爆破振動信號進行監測與分析，得出深孔裝藥結構和孔內延期對臺階地表振動強度衰減規律的影響。

1工程背景

1.1項目概況

該露天礦山巖層多為砂巖和泥巖，巖石密度為2 500～2 700 kg/m3，巖石抗壓強度為15～40 MPa，礦區巖體屬于軟巖和中硬巖，縱波在巖體內傳播速度為2 900～3 900 m/s。

1.2試驗參數

為研究該露天礦深孔爆破裝藥結構與孔內延期對爆破振動的影響，采用控制變量法進行現場試驗，即現場分別采用深孔連續裝藥與間隔裝藥2種裝藥結構進行5種方案的爆破試驗。2種裝藥結構如圖1所示。

現場爆破試驗均采用梅花布孔，數碼電子雷管起爆，起爆藥包均為2 kg的二號巖石乳化炸藥，主起爆藥為混裝粒狀銨油炸藥，連續裝藥結構填塞長度為6 m，間隔裝藥結構的間隔長度為2.5 m。間隔裝藥填塞長度為3.5～4 m，5種現場爆破試驗方案控制變量具體參數如表1所示。

2爆破振動信號分析

爆破振動信號監測采用TC-4850爆破測振儀，儀器布置在一級臺階、二級臺階、三級臺階和四級臺階進行同時監測。監測過程中，測振儀x方向指向爆區中心，x方向為爆破徑向，y方向為爆破切向（x、y方向為水平方向），z方向為爆破豎向（豎直方向）。

由于更高臺階監測振動數據較小，所以僅選取一至四級臺階監測所得數據進行處理與分析。

2.1連續裝藥振動信號分析

對連續裝藥結構方案現場爆破試驗所監測到的振動信號提取質點振速峰值，基于薩道夫斯基公式［14-15］，使用Matlab軟件對質點振速峰值數據進行擬合，最終得到x、y、z 3個方向的質點振速峰值曲線，如圖2所示。

大，說明振動能量在透過傳播介質后幾何形態發生變化，振動方向也隨之改變，從而影響3個方向具體的振動強度。這一現象從側面也說明，爆破振動信號在傳播過程中存在高程放大效應，即二級臺階的某一方向質點振速峰值衰減變緩，導致在傳播過程中該方向質點振速峰值出現大于其他方向現象。③結合三級臺階和四級臺階的質點振速峰值發現，z方向質點振速峰值又稍大于x方向和y方向數值，也可以從側面驗證高程放大效應這一觀點。④整體上z方向質點振速峰值衰減速率最大，原因是z方向的K和α的絕對值均最大。

2.2間隔裝藥振動信號分析

為研究該露天礦山深孔爆破裝藥結構與孔內延期對爆破振動的影響，將間隔裝藥結構方案現場爆破試驗所監測到的振動信號提取質點振速峰值進行整理，結果分別如圖3和圖4所示。

從圖3和圖4可以看出：①連續裝藥的爆破質點振速峰值整體最大，間隔裝藥能夠將爆破振動強度適當降低；②間隔裝藥結構方案中孔內延期時間設置為25 ms所誘發的x方向和z方向相對于y方向的質點振速峰值較??；③孔內延期時間設置為15 ms時，y方向相對于其他2個方向的質點振速峰值較小。說明孔內延期時間設置為15 ms和25 ms的間隔裝藥結構有助于控制臺階爆破振動強度。

對比圖3和圖4可以得出：①二級臺階相對于一級臺階由于振動傳播過程的復雜性，振動信號衰減規律隨之復雜，整體上間隔裝藥也在多個測點數據中體現出了一定的減振效果，但z方向效果不明顯，這與前面分析的結論相吻合，即振動能量傳播方向出現改變后，各方向振速大小變化較為明顯；②間隔裝藥結構孔內延期時間設置為15 ms和25 ms的間隔裝藥爆破方案同樣有助于降低二級臺階的爆破振動強度［16］。

3結論

1）對多級臺階振動信號監測與質點振速峰值數據擬合處理，基于薩道夫斯基公式，得到連續裝藥結構所誘發的不同方向質點振速峰值衰減公式；連續裝藥結構一級臺階z方向質點振速峰值最大，且z方向振速衰減速率最快，其余臺階3個方向質點振速峰值與衰減速率接近。

2）爆破振動信號在傳播過程中所攜帶的振動能量在巖土體中發生透反射衰減，使爆破振動信號傳播方向發生改變，導致某一方向振動能量衰減速率減慢，出現高程放大效應。

3）連續裝藥結構相對于間隔裝藥結構所誘發的爆破振動強度較大，間隔裝藥結構孔內延期時間設置為15 ms和25 ms時，對多級臺階控制爆破振動強度的效果較好，在實際生產中可結合不同爆破需求進行合理選擇。

［參考文獻］

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Study on the influence of charge structure and in?hole delay on blasting vibration

in open?pit long?hole blasting

Xin Pengfei1， Guan Fuchen2， 3， Hao Chunhui2， Gu Siyi2， Zhang Xin2

（1.Wujiata Open?pit Coal Mine， Shendong Tianlong Group Co.， Ltd.;

2.Liaoning Agricultural Vocational and Technical College;

3.Blasting Technology Research Institute， Liaoning Technical University）

Abstract：To investigate the influence of charge structure and in?hole delay on blasting vibration in open?pit long?hole blasting， the Sadovsky formula was applied with Matlab software to fit peak particle velocity （PPV） data from multi?level benches under continuous charge structures. Attenuation formulas for PPV in 3 directions were derived. Analysis reveals that vertical PPV attenuates fastest， while horizontal PPV exhibits similar trends. At secondary benches， horizontal PPV slightly exceeds vertical PPV， attributed to elevation amplification effects. Comparative analysis of in?hole delay structures in interval charge demonstrates that delay times of 15 ms and 25 ms significantly reduce blasting vibration， providing practical references for similar engineering projects.

Keywords：open?pit mining; blasting vibration; Sadovsky formula; attenuation laws; charge structure; in?hole delay