薛振舉

（山西省孝義市煤管局，山西 孝義 032300）

露天深孔松動爆破的減振研究

薛振舉

（山西省孝義市煤管局，山西 孝義 032300）

爆破是露天開采的重要工藝,露天深孔爆破是其生產(chǎn)能力大小的重要因素。爆破的有害效應(yīng)是對周圍介質(zhì)的影響。文章結(jié)合山西靈石露天采場的爆破作業(yè)，闡述復(fù)雜爆破條件下爆破孔網(wǎng)的布置、合理微差時(shí)間的確定、爆破效果分析、減震措施方案，為露天開采工程的安全施工提供參考。

露天開采；微差時(shí)間；危害效應(yīng)；爆破減震

隨著露天開采高程的降低和范圍的增大，開采區(qū)距居民區(qū)越來越近，爆破時(shí)的振動、噪聲、粉塵等危害影響了周邊居民的正常生活；特別是爆破震動對周圍建（構(gòu)）筑物及采場高邊坡的影響，已經(jīng)成為礦山關(guān)注的焦點(diǎn)。為了減少爆破振動及其危害，爆破過程中采用了微差毫秒起爆、改善裝藥結(jié)構(gòu)、增大自由面、控制最大裝藥量等技術(shù)；并采用了合理的爆破參數(shù)，控制邊坡的穩(wěn)定性，保證采場中重要建筑物的安全；充分利用地形的自然條件，優(yōu)選最小抵抗線和起爆順序，控制破碎巖體移動方向，嚴(yán)格控制爆破飛石飛散距離[1，2]。由于深孔臺階爆破易于實(shí)現(xiàn)施工綜合機(jī)械化，有利于加快施工速度和提高工程質(zhì)量，而且一次爆破量大，減少了炸藥用量，降低了工程成本；故在礦山、水利、公路、港口、鐵道等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

1 工程概況

山西靈石露天采場是大型的山坡型露天礦山，年采剝總量達(dá)80萬t，該礦地質(zhì)條件復(fù)雜，巖石節(jié)理、裂隙發(fā)育，爆破條件很差。礦石、巖石多為頁巖、砂質(zhì)頁巖、砂巖，堅(jiān)固性系數(shù)6～8，不風(fēng)化，中間夾雜有黏土等。采場臺階高度13m，臺階坡面角一般70°。鑒于多孔粒狀銨油炸藥的成本低、安全性高，采用多孔粒狀銨油炸藥，現(xiàn)場混裝、人工裝藥。因本挖方量大、且石質(zhì)為弱風(fēng)化大理巖，為保證施工工期，采用大型機(jī)械化施工，鉆孔設(shè)備采用英格索蘭635液壓全自動潛孔鉆機(jī)2臺，風(fēng)動潛孔鉆機(jī)2臺，12m3空壓機(jī)2臺，3m3空壓機(jī)3臺。

2 爆區(qū)布孔方案（見圖1）

圖1 爆區(qū)炮孔布置簡圖

采用多段微差爆破，第一排的1～2個孔首先起爆，為其相鄰炮孔增加了一個側(cè)自由面，即先爆的炮孔為后爆的炮孔增加了一個新自由面，而先、后爆破的炮孔的正面抵抗線都不變，均為W值；在第二排以后的炮孔爆破時(shí)，除每一排的第一響炮孔只有一個自由面外，其它炮孔均有兩個新自由面；從開始微差后，均是前排為后排創(chuàng)造自由面，而且每排各孔的正面抵抗線均相等[2，3，4]。此次爆破起爆點(diǎn)位于爆區(qū)西側(cè)，共一個臺階面，炮孔均深12.5m，炮孔孔距6m，排距5m。爆破均用雙回路網(wǎng)路，孔內(nèi)9段毫秒延期雷管延期，孔外排與排間采用3段毫秒延期雷管延期，采用8號電雷管引爆，爆破一次起爆完成。爆區(qū)炮眼總數(shù)120個，單孔裝藥95kg，單排單段裝藥總量最大值為3800kg（第一、二排），使用炸藥量7t左右。

3 爆破振動監(jiān)測

露天爆破危害效應(yīng)包括：地震波、爆破飛石、空氣沖擊波[3，5，6]。隨著露天開采深度的逐步增大，爆破開采時(shí)的地震效應(yīng)對露天邊坡的穩(wěn)定性影響越來越大；因此很有必要尋找爆破振動強(qiáng)度的監(jiān)測方法，對邊坡處的質(zhì)點(diǎn)振動速度進(jìn)行監(jiān)測，以便及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)防止邊坡滑坡。

本次的測試儀器選用UBOX-5016爆破振動智能檢測儀及配套的水平、垂直速度傳感器；測試系統(tǒng)具有量程大、通頻帶范圍廣的特點(diǎn)，能滿足測量要求和適應(yīng)野外測試條件。測試中布置測點(diǎn)的臺階表層堆積有巖碴，且部分巖石存在風(fēng)化層。確定測點(diǎn)的位置后，測點(diǎn)處需先清除表層巖碴及風(fēng)化層，后在清理后的基巖表層澆筑石膏固定傳感器，為使傳感器安裝牢固、達(dá)到測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的目的，要待石膏完全凝固后開始測試工作。傳感器的安裝步驟:現(xiàn)場配制速凝劑，在石膏中加入適量水?dāng)嚢?，即可配制成測試所需的速凝劑;將用水?dāng)嚢韬蟮氖噤佋谇謇砀蓛舻幕鶐r上，然后將速度傳感器通過石膏粘在基巖上。見圖2，本次爆破沿爆區(qū)橫向和縱向共布置6個振動監(jiān)測點(diǎn)，其中橫向布置3個監(jiān)測點(diǎn)，編號為2號、3號、4號，其中2號點(diǎn)距爆區(qū)中心約144m，3號點(diǎn)距爆區(qū)201m，3號點(diǎn)距爆區(qū)225m，橫向存在一個長度為35m的天然溝渠?？v向在3個臺階面布置3個測點(diǎn)，編號為5號、6號、7號，其中5號點(diǎn)距爆區(qū)約27m，臺階高度10m；6號點(diǎn)距爆區(qū)48m，臺階高度17m；7號點(diǎn)距爆區(qū)84m，臺階高度28m。四次不同典型爆破的各監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)見表1。

圖2 儀器現(xiàn)場布置簡

由于采集儀器的靈敏度問題，個別儀器沒有準(zhǔn)確采集到爆破震動信號，從已有各監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)看出：第一次爆破，在爆區(qū)橫向，由于天然溝渠的減震作用，3號測點(diǎn)在震動強(qiáng)度三指標(biāo)上的變化是：質(zhì)點(diǎn)振動速度明顯下降，但振動主頻有變大趨勢，振動持續(xù)時(shí)間基本沒有變化。4號隨著距離的加大逐漸衰減，振動速度迅速衰減，振動主頻較同一水平的2號測點(diǎn)，基本無明顯變化，持續(xù)時(shí)間縮短。在爆區(qū)縱向，隨著臺階高度的加大，6號測點(diǎn)較5號測點(diǎn)爆破強(qiáng)度有所放大，由于邊坡的自振頻率一般介于10Hz～16Hz范圍內(nèi)，縱向各測點(diǎn)測試振動主頻位于12Hz～16Hz，這對于邊坡維護(hù)是很不利的。在隨后的開挖作業(yè)中，應(yīng)不斷減小臺階坡度，并減小臺階高度。7號測點(diǎn)主頻降低，振動持續(xù)時(shí)間增長。表明臺階的放大作用有一定的范圍，當(dāng)臺階高度超出該范圍后，放大作用隨之消失。

表1 各測點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)

第2-4次是隨后進(jìn)行的幾次典型測試數(shù)據(jù)，從表1看出爆破震動與天然地震有明顯的區(qū)別：（1）幅值與衰減不同。爆破震動速度較大，天然地震卻小得多；爆破地震波的振動幅值較高，但是由于其頻率高和攜帶的能量小，爆破地震波的衰減很快，天然地震波的衰減相對緩慢得多。（2）頻率的不同。爆破地震波的頻率較復(fù)雜、且較高，一般在0～200Hz范圍內(nèi)，基本上的振動主頻大都在7Hz以上；天然地震波頻率較低，一般低于4Hz，與建（構(gòu)）筑物的固有頻率較接近或一致，容易發(fā)生共振現(xiàn)象，造成建（構(gòu)）筑物的破壞。（3）持續(xù)時(shí)間的不同。爆破地震波的持續(xù)時(shí)間較小，即使是增加雷管的段數(shù)和威力，也不會超過數(shù)秒；天然地震波的持續(xù)時(shí)間一般較長，長達(dá)數(shù)分鐘甚至更久。

從爆破三個特征參量的變化，反映或評價(jià)爆破震動危害效應(yīng)時(shí)，采用原始的爆破震動峰值質(zhì)點(diǎn)震動速度，作為衡量爆破震動的唯一指標(biāo)，在實(shí)際工程中是不科學(xué)的；因在爆破震動速度降低的同時(shí)，震動頻率有降低趨勢，但有的卻沒有明顯變化，這是由于復(fù)雜的巖石物理特性和地質(zhì)構(gòu)造造成的，突顯出了爆破震動的復(fù)雜性。針對四次爆破各測點(diǎn)的監(jiān)測分析結(jié)果，在隨后的爆破作業(yè)中，應(yīng)重點(diǎn)采取減振措施、降低爆破主頻。為了保證施工安全，提出以下減振措施：（1）限制一次爆破的最大裝藥量，裝藥過程中盡量采用不耦合裝藥或空氣間隔裝藥，在孔底留空氣墊層。裝藥施工時(shí)，應(yīng)特別注意前排炮孔抵抗線，對孔內(nèi)有水和裝藥過程中出現(xiàn)的卡孔及堵孔應(yīng)采取相應(yīng)措施，確保裝藥到位，最大限度地充分利用炸藥能量破碎巖石。（2）炮區(qū)布置應(yīng)盡可能地將幾個分散的爆區(qū)連接起來，一次起爆，根據(jù)實(shí)際情況采取合理的微差時(shí)間，將能量的相互作用最大限度地作用于巖石本體。炮孔堵塞時(shí)應(yīng)確保堵塞長度和堵塞質(zhì)量，防止沖孔和爆破飛散物。（3）充分利用地形地質(zhì)條件、溝渠、斷層等所都有的顯著隔震減震作用。（4）除上述減震措施外，還應(yīng)注意不同建筑物的動力響應(yīng)也不同，建筑結(jié)構(gòu)對其抗震性能影響很大。在采場內(nèi)，建筑物的結(jié)構(gòu)應(yīng)以低建筑物為主，避免高度過高；一般低矮建筑物的抗震性能遠(yuǎn)好于高大細(xì)長的高聳建筑物。

4 結(jié)束語

影響露天采場爆破工作的因素有很多，其中主要有:爆區(qū)地形地質(zhì)條件、爆破參數(shù)（炸藥單耗、底盤抵抗線、孔距、排距、炮孔超深長度）、起爆順序、炸藥性能等。布孔是其中的一項(xiàng)，與其他工序密不可分。在巖石硬度較大的難爆地段，應(yīng)盡量采用三角形布孔,能使炸藥能量分布均勻，還能更好地調(diào)整爆破實(shí)際密集系數(shù)。爆破地震效應(yīng)主要研究爆破引起的地面運(yùn)動變化規(guī)律及其震動強(qiáng)度對建筑結(jié)構(gòu)的影響等，這是個較復(fù)雜的問題、不是單純的力學(xué)問題，它與地學(xué)密切相關(guān)，屬于爆破地震工程學(xué)的研究范疇，它受到各種因素的影響；實(shí)際工程中，應(yīng)綜合考慮各方面的影響，選取科學(xué)有效的減振方法和措施。

[1] 谷俊峰，馬海華，吳二輝.露天臺階深孔松動控制爆破在燕山水庫的應(yīng)用[J].河南水利與南水北調(diào)，2009，8(5)：1-3.

[2] 于治斌，李堅(jiān)，高波.露天多段深孔微差爆破孔網(wǎng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].爆破，2003，20(2)：24-25.

[3] 董立國.露天采石場中深孔爆破的布孔實(shí)踐[J].河北煤炭，2009（4）:11-12.

[4] 袁向全.露天深孔爆破中降低大塊率的技術(shù)措施[J].礦冶，2005，14（1）:13-15.

[5] 王軍躍.爆破振動信號疊加法及其在露天礦的應(yīng)用[D].武漢:武漢理工大學(xué)，2007.

[6] 管志強(qiáng)，張中雷，王林桂，馮新華.復(fù)雜環(huán)境大區(qū)露天深孔臺階爆破技術(shù)在岙山油庫區(qū)開挖中的應(yīng)用[J].爆破，2011，28(2)，64-66.

Vibration Reduction Study in Surfacemine Deep-hole Loose Blasting

XUE Zhen-ju
(Xiaoyi Coal Administration,Xiaoyi Shanxi 032300)

While blasting is an important technique for opencastmining,the deep-hole blasting is an important factor in production.Hazard effect of the blastingmeans the influence on surroundingmedia.Based on the blasting in Lingshi Opencastmining Field,the paper presents blasting borehole and net layout,reasonablemillisecond time,blasting effect,and vibration reductionmeasures under the complex condition,which can be references for safety working of the opencastmining engineering.

opencastmining;millisecond time;hazard effect;vibration reduction in blasting

TD235.4

A

1672-5050（2012）10-0066-03

2012-07-11

薛振舉（1959—），男，山西孝義人，大學(xué)本科，工程師。從事煤礦技術(shù)管理工作。

劉新光