袁小兵

（錫礦山閃星銻業(yè)有限責(zé)任公司，湖南冷水江 417500）

爆破地震效應(yīng)控制技術(shù)在錫礦山銻礦的應(yīng)用

袁小兵

（錫礦山閃星銻業(yè)有限責(zé)任公司，湖南冷水江 417500）

錫礦山銻礦為安全開采各類殘礦和保安礦柱，使用爆破振動記錄儀測試了井下爆破振動強度，分析了爆破振動對井下和地表建（構(gòu)）筑物穩(wěn)定性影響，預(yù)測了爆破振動的安全距離和一次爆破允許的安全裝藥量，為礦山各類殘礦和保安礦柱開采爆破設(shè)計提供了依據(jù)。

爆破地震；爆破振動；安全距離；安全裝藥量

錫礦山閃星銻業(yè)有限責(zé)任公司銻礦開采歷史悠久，由于以前采用落后的采礦方法和解放前亂采濫挖，留下了許多殘礦有待開采，各類殘礦量總礦石量超過150萬t。同時，由于當(dāng)時歷史條件的限制，許多工業(yè)和民用建筑建設(shè)在礦體之上，下覆礦體被劃定為保安礦柱，較大規(guī)模的保安礦柱有飛水巖礦床的南煉廠保安礦柱、南礦辦公室保安礦柱、一號豎井保安礦柱、飛水巖河床保安礦柱、老礦山礦床的五窿道保安礦柱等，總礦石量超過300萬t。隨著該礦資源的逐漸枯竭，對殘礦和保安礦柱資源進(jìn)行開采勢在必行。

該礦礦體為緩傾斜似層狀，其開采方法普遍采用空場法，嗣后一次充填處理采空區(qū)，落礦方式為淺眼爆破。在淺部老采空區(qū)和工業(yè)、民用建（構(gòu)）筑物及設(shè)施下開采礦體進(jìn)行爆破作業(yè)，常常會造成地面以及地面上的一切物體產(chǎn)生顛簸和搖晃等爆破地震效應(yīng)。當(dāng)爆破地震波的強度達(dá)到一定程度時，還可能造成爆區(qū)周圍的地表或建（構(gòu)）筑物及設(shè)施的破壞。因此，為安全開采殘礦和保安礦柱資源，該礦與科研院所和學(xué)校合作，實行產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合，對礦山開采過程中產(chǎn)生的爆破地震效應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)的觀測和研究，以避免爆破對地表和井下結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生破壞。

1 爆破地震效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理及其控制

1.1 爆破地震效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)埋

爆破地震與天然地震一樣，都是由于能量釋放，并以地震波形式向外傳播，引起地表與井下結(jié)構(gòu)物振動而產(chǎn)生的破壞效應(yīng)。它們造成的破壞程度又都受地形、地質(zhì)等因素的影響。但天然地震發(fā)生在地層深處，其造成破壞的程度主要決定于地震能量（震級）與距震源的遠(yuǎn)近。爆破地震的裝藥則是在地表淺層爆炸的，其造成破壞的程度主要決定于裝藥量與距震源的遠(yuǎn)近。

當(dāng)裝藥在固體介質(zhì)中爆炸時，爆炸沖擊波和應(yīng)力波將其附近的介質(zhì)粉碎、破裂（分別形成壓碎圈和破裂圈），當(dāng)應(yīng)力波通過破裂圈后，由于它的強度迅速衰減，再也不能引起巖石的破裂而只能引起巖石質(zhì)點產(chǎn)生彈性振動，這種彈性振動是以彈性波的形式向外傳播，與天然地震一樣，也會造成地面的震動，這種彈性波就稱為爆破地震波。

由爆破引起的振動，常常會造成爆破源附近的地面以及地面上的一切物體產(chǎn)生顛簸和搖晃，凡是由爆破所引起的這種現(xiàn)象及其后果均稱為爆破地震效應(yīng)。當(dāng)爆破地震波的強度達(dá)到一定的程度時，可以造成爆區(qū)周圍的地表或建（構(gòu)）筑物及設(shè)施的破壞。因此，為了研究爆破地震效應(yīng)的破壞規(guī)律，找出減小爆破地震強度的措施和確定出爆破地震的安全距離，需要對爆破地震效應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)的觀測和研究。

1.2 爆破振動速度與破壞程度的關(guān)系

1.2.1 爆破振動強度的衡量標(biāo)準(zhǔn)

爆破地震破壞的強弱程度稱為振動強度或振動烈度。振動強度可用地面運動的各種物理量來表示，如質(zhì)點振動速度、位移、加速度和振動頻率等。但是，通過對大量爆破振動量測數(shù)據(jù)研究后得出，用質(zhì)點振動速度來衡量爆破振動強度更為合理。

目前我國也和大多數(shù)國家一樣，以質(zhì)點振動速度作為衡量爆破振動烈度的判據(jù)。一般情況下，把爆破振動速度控制在《爆破安全規(guī)程》規(guī)定的范圍內(nèi)，可以保證正常結(jié)構(gòu)物不致受到破壞。特殊環(huán)境下實施爆破時可以根據(jù)結(jié)構(gòu)物的實際抗震能力及設(shè)計抗震烈度值來確定其爆破振動速度的極限值。

1.2.2 爆破振動速度與破壞程度關(guān)系

巖石開始破壞的振動速度是50～100 cm／s。我國雖未制定統(tǒng)一規(guī)程，但有實測數(shù)據(jù)可供參考（表1），不同振動速度下結(jié)構(gòu)物的破壞程度見表2。

表1 地面最大振動速度υmax與破壞現(xiàn)象的關(guān)系

1.2.3 建筑物允許的爆破振動速度及其控制

對于一般的建筑物，許多國家在實際應(yīng)用中，將“墻壁的抹灰層出現(xiàn)裂縫或脫落”視為“開始破壞”，并以此為標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定建筑物允許的振動速度。根據(jù)我國房屋建筑的實際情況、建筑材料、結(jié)構(gòu)、新舊狀況及破壞程度各不相同，抗震能力差別很大，一律采用5 cm／s進(jìn)行設(shè)防。

爆破振動速度與裝藥量、距離、土石特性、爆破方法、爆破參數(shù)、地形及方向等因素有關(guān)，該礦一般情況下把爆破振動速度控制在1 cm／s以內(nèi)，可以保證任何正常結(jié)構(gòu)物不致受到損壞。為了避免爆破振動對地表建筑物產(chǎn)生破壞性的影響，必須嚴(yán)格按照被保護(hù)目標(biāo)的抗震能力及其爆點的相對距離等確定的單段最大起爆藥量進(jìn)行裝藥和分段，單段爆破裝藥量應(yīng)控制在相應(yīng)的范圍內(nèi)：10 kg時安全距離為45 m；20 kg時安全距離為65 m；25 kg時安全距離為75 m；30 kg時安全距離為90 m。

表2 不同振動速度下結(jié)構(gòu)物的破壞程度

2 爆破振動試驗及結(jié)果

2.1 爆破振動試驗條件

錫礦山銻礦包括老礦山、童家院、飛水巖及物華等四個工業(yè)礦床，礦體賦存于上泥盆統(tǒng)佘田橋組（D3S2）灰?guī)r段、砂巖段和中泥盆統(tǒng)棋梓橋組（D2q）灰?guī)r段的硅化灰?guī)r中，呈多層的似層狀、側(cè)羽狀產(chǎn)出，f＝10～20；上覆頂板為厚層或夾層頁巖，f＝3～4。賦存礦體的硅化灰?guī)r，一般致密堅硬，穩(wěn)固性好，但在斷層附近，巖溶（空洞）發(fā)育，巖石破碎呈半膠結(jié)狀態(tài)，賦存礦體部位還存在層間破碎帶和礦石的溶蝕空洞，而且上覆為鈣質(zhì)頁巖與泥晶灰?guī)r互層的軟弱層，穩(wěn)定性差，易發(fā)生板狀坍塌冒落等工程問題，屬中等類型巖體。

試驗地點選擇在錫礦山銻礦老礦山礦床五窿道58～64號勘探線之間的探礦巷道內(nèi)。其試驗條件與工業(yè)生產(chǎn)條件相同，以使試驗獲得的結(jié)果能為采礦爆破設(shè)計提供直接的依據(jù)。

試驗巷道位于礦體下盤，圍巖為灰?guī)r或硅化灰?guī)r，巖石致密堅硬，抗壓強度79.36～100.12 MPa。64線處爆破點距離地表約94 m，58線與60線之間爆破點距離地表約98 m。地表有公路、水溝、小溪和大量工業(yè)和民用建筑，密集程度大。

2.2 爆破振動試驗方案設(shè)計

2.2.1 地表試驗裝置

地表試驗裝置位于井下爆破點的正上方。試驗采用四川拓普數(shù)字設(shè)備有限公司的UBOX－20016爆破振動記錄儀，試驗裝置如圖1所示。

圖1 UBOX－20016型爆破振動記錄儀測試系統(tǒng)圖

爆破振動信號的測試是通過振動信號自記儀UBOX－20016。該儀器自帶電池，不需外接電源，與傳感器相連放在測點處，經(jīng)過簡單的程控參數(shù)設(shè)置后啟動信號采集，當(dāng)爆破地震波信號傳來時，自動記錄下整個動態(tài)波形，然后可通過USB接口與筆記本電腦連接，利用提供的配套軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。為了測試到每次爆破各個微差段的爆破振動效應(yīng)，設(shè)置為信號自動采集，提前預(yù)定的爆破時間2 min啟動測試系統(tǒng)。

2.2.2 井下爆破試驗方案設(shè)計

井下爆破試驗設(shè)計選擇探礦平巷掘進(jìn)爆破，平巷規(guī)格為2×2 m2，使用YT－27氣腿式鉆機(jī)鉆鑿炮孔，孔深1.8 m，孔徑38～46 mm，采用中空五眼桶形掏槽方式，炮孔個數(shù)為17～19個，其炮孔布置如圖2、圖3所示。

圖2 試驗1、3炮孔布置圖

圖2中，1～9號孔為掏槽眼與輔助眼，10～17號孔為周邊眼。圖3中，1～11號孔為掏槽眼與輔助眼，12～19號孔為周邊眼。

圖3 試驗2、4炮孔布置圖

每個試驗點分兩次爆破測試，首先是巷道掏槽眼與輔助眼的爆破測試，然后是周邊眼的爆破測試。爆破使用2＃巖石乳化炸藥，掏槽眼裝藥系數(shù)為90%左右，輔助眼裝藥系數(shù)60%～75%，周邊眼裝藥系數(shù)為50%～65%，用含砂的黃泥進(jìn)行炮孔填塞，填塞長度不少于0.2 m。起爆采用導(dǎo)爆管非電半秒延時雷管簇聯(lián)一次點火。

2.2.3 測試結(jié)果

在TOPVIEW2000中通過增加分析窗按鈕對波形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，增加一波形分析顯示區(qū)，同時也可通過減少分析窗按鈕減少分析窗口。通過計算機(jī)TOPVIEW2000所測試的爆破振動試驗參數(shù)見表3。

表3 爆破振動試驗參數(shù)

3 結(jié) 論

1.爆破作業(yè)時，在距離大于90 m所測試到的最大縱向振速小于0.1 cm／s，縱向加速度小于0.05 g。根據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB 6722－2011）規(guī)定的爆破振動安全允許標(biāo)準(zhǔn)，在距離大于90 m時的爆破振動對結(jié)構(gòu)物沒有破壞影響。

2.嚴(yán)格按照被保護(hù)目標(biāo)的抗震能力及其與爆點的相對距離等確定的一段（次）最大起爆藥量進(jìn)行裝藥和分段，單段爆破裝藥量應(yīng)控制在相應(yīng)的范圍內(nèi)：10 kg時安全距離為45 m；20 kg時安全距離為65 m；25 kg時安全距離為75 m；30 kg時安全距離為90 m。把爆破震動引起的地面質(zhì)點振動速度控制在周圍需保護(hù)設(shè)施所允許的振動速度（即安全震動速度）以下，確保被保護(hù)目標(biāo)的安全。

3.利用或創(chuàng)造減振條件。地形和地質(zhì)條件是影響爆破地震強度的一個重要因素，藥量、距離和傳播介質(zhì)相同時，低于裝藥的地面，振動強度??；高于裝藥的地面，振動強度大。爆破地點與被保護(hù)目標(biāo)之間存在的溝、壕、坑以及巖石內(nèi)部存在的裂隙等都有一定的減振作用。因此，在爆破地點與被保護(hù)目標(biāo)之間可開挖防震溝；在同一爆破體上爆破其中一部分而保留另一部分時，可用預(yù)裂爆破首先在兩部之間形成預(yù)裂縫。

［1］ 王運敏.現(xiàn)代采礦手冊［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2011.

［2］ 劉翼，傅建秋，魏曉林.5 500 t硐室大爆破對邊坡的破壞影響分析［J］.采礦技術(shù)，2009，9（1）：117－119.

［3］ 熊代余，顧毅成.巖石爆破理論與技術(shù)新進(jìn)展［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2002.

［4］ 張永哲.爆破地震波傳播特性研究［J］.爆破，2000，17（S）：6－10.

［5］ GB6722－2011，爆破安全規(guī)程［S］.

Blasting Seism ic Effect Control Technology Applied in the Hikuangshan Antimony Deposits

YUAN Xiao-bing
（Hikuangshan Twinkling Star Antimony Industry Co.，Ltd.，Lengshuijiang 417500，China）

Hikuangshan Twinkling Star Antimony Industry Co.Ltd applies blasting seismic effect contron technology for safetymining various types of remnant ore and security pillar.The contron technology based on blasting vibration recorder tested underground blasting vibration strength，analyzed blasting vibration on the underground and surface construction（structures）stability，and predicted blasting vibration safe distance and safe loading dose once blasting allows，which provided the blasting design basis for all types of remnant oremining and security pillarmining.

blasting earthquake；blasting vibration；safe distance；safe loading dose

TD235.3

：A

：1003－5540（2014）05－0004－03

2014－07－09

袁小兵（1971－），男，工程師，主要從事礦山地質(zhì)技術(shù)與管理工作。