侯志鵬

（中國(guó)非金屬材料南京礦山工程有限公司，江蘇 南京 210016）

爆破振動(dòng)波在巖體介質(zhì)中的傳播過(guò)程是體波與面波、反射波、折射波和透射波組成的復(fù)雜振動(dòng)。因?yàn)轶w波和面波的傳播速度不同，所以從爆源通過(guò)介質(zhì)傳播的過(guò)程中會(huì)生成很多折射波和反射波等，與透射波作用時(shí)會(huì)出現(xiàn)抵消和疊加，地震波的波形參數(shù)沒有明確的規(guī)律可循。地震波持續(xù)時(shí)間短，衰減速度也比較快。從上面分析可以得出，爆破地震波是一種隨機(jī)瞬態(tài)信號(hào)，波形變動(dòng)也是隨機(jī)的，波形不會(huì)重復(fù)。對(duì)同一次爆破振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，不只是不同測(cè)點(diǎn)測(cè)得波形差異較大，就算在相同測(cè)點(diǎn)，波形也會(huì)有一定的差異。

1 礦山爆破的安全影響因素

爆破振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)振速、主頻和持續(xù)時(shí)間是描述爆破振動(dòng)的三個(gè)參數(shù)。但是影響三個(gè)參數(shù)的因素很多，按控制性質(zhì)分為人為可控和不可控因素。

1.1 人為可控因素的影響

1）爆源特性與參數(shù)的影響，爆源特性對(duì)地震波的振動(dòng)強(qiáng)度和傳播規(guī)律影響顯著。

①爆破規(guī)模，從影響爆破振動(dòng)的角度，一次起爆藥量越大，炸藥爆炸釋放出來(lái)的能量就越大，轉(zhuǎn)變?yōu)楸频卣鸩ǖ哪芰恳簿驮酱?。即爆破?guī)模與爆破振動(dòng)強(qiáng)度成正比，這是對(duì)爆破地震效應(yīng)影響較大的因素之一。不同類型的爆破工程，其爆破規(guī)模是不一樣的，因此，對(duì)爆破振動(dòng)影響的程度也不一樣。一般情況下，硐室爆破、深孔爆破的規(guī)模較大；淺孔爆破、地下掘進(jìn)爆破、拆除爆破的規(guī)模較小。

②爆破類型，對(duì)于巖土爆破，根據(jù)爆破作用指數(shù)，可把爆破分成六種類型：裸露爆破、強(qiáng)拋擲爆破、標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破、減弱拋擲爆破、松動(dòng)爆破和壓縮爆破。不同的爆破類型產(chǎn)生的振動(dòng)強(qiáng)度不同。

③爆破參數(shù)，其主要參數(shù)有：

a.炮孔孔徑和孔深，不同的炮孔孔徑和孔深決定了不同的爆破規(guī)模，同時(shí)產(chǎn)生不同的爆破地震效應(yīng)。一般而言，在露天深孔爆破中，過(guò)大的孔徑、過(guò)大的超深必然增大單孔裝藥量，會(huì)提高爆破振動(dòng)強(qiáng)度。

b.裝藥長(zhǎng)度與填塞長(zhǎng)度的影響，在相同尺寸的炮孔中，裝藥長(zhǎng)度越長(zhǎng)，單孔裝藥量就越大，炸藥爆炸時(shí)的振動(dòng)強(qiáng)度越大。在單孔裝藥量、裝藥埋深固定的情況下，填塞長(zhǎng)度越長(zhǎng)，越不利于巖土飛散，越接近于壓縮爆破的類型，因而會(huì)增強(qiáng)爆破振動(dòng)強(qiáng)度。

c.炸藥單耗的影響，單位耗藥量簡(jiǎn)稱單耗，是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，代表破碎單位尺寸的介質(zhì)所需要使用的裝藥量，通常用q表示。

d.裝藥結(jié)構(gòu)，在同等條件下禍合裝藥產(chǎn)生的振動(dòng)比不禍合裝藥情況下產(chǎn)生的振動(dòng)大，連續(xù)裝藥產(chǎn)生的振動(dòng)大于間隔裝藥產(chǎn)生的振動(dòng)。

e.毫秒延時(shí)間隔爆破，毫秒延時(shí)間隔爆破與同排各孔齊發(fā)爆破相比，不僅爆炸時(shí)間分散而且降低爆破振動(dòng)，主要影響效果表現(xiàn)為減少應(yīng)力波疊加、增加自由面、提高能量利用率。

2）雷管延期精度的影響，如果雷管的精度達(dá)不到要求，毫秒延期爆破效果將不理想，不僅不能降低爆破振動(dòng)反而導(dǎo)致爆破振動(dòng)增大，因此高精度電子雷管通過(guò)減小誤差，達(dá)到預(yù)計(jì)的毫秒延期要求可以減弱爆破振動(dòng)。

3）炸藥性能的影響，炸藥性能包括爆炸性能、物理性能和化學(xué)性能，炸藥密度、爆熱和爆速對(duì)爆破效果起決定型作用。

1.2 人為不可控因素的影響

1）地質(zhì)條件的影響，巖體地質(zhì)條件對(duì)爆破地震波的傳播影響主要體現(xiàn)在衰減指數(shù)a上，巖體的堅(jiān)硬和完整度越高，a越小，衰減速度越慢。

2）地形條件的影響，地形條件對(duì)爆破振動(dòng)響應(yīng)有明顯影響，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：a.建筑物位于比爆源高的地方時(shí)，其對(duì)振動(dòng)的響應(yīng)較大，爆破振動(dòng)響應(yīng)有局部影響；若建筑物位于在兩種類型的巖體上，會(huì)增大建筑物的爆破振動(dòng)響應(yīng)；b.山脊上建筑物的爆破振動(dòng)響應(yīng)更大。

3）爆心距及傳播路徑的影響，爆破振動(dòng)波的波形、振速峰值和主頻都隨爆心距的增加而減小。地球可以看成低通濾波器，隨著爆心距的增加主頻更趨向于低頻帶的低端。爆源近區(qū)破壞力強(qiáng)，頻率較高；雖然遠(yuǎn)區(qū)破壞力較弱，頻率較低，但與建筑物的自振頻率較接近，因此可能發(fā)生共振對(duì)建筑物產(chǎn)生較大的破壞。

4）建筑物類型的影響，建筑物被地震波破壞主要分為地基失效和建筑物自身結(jié)構(gòu)被破壞。如果是以巖石為地基，則破壞的主要原因包括巖石的節(jié)理、裂隙、巖石走向等。如果建筑物跨在巖基和土基上，受到爆破振動(dòng)后地基容易由于不均勻變形而被破壞。地震波可以使建筑物強(qiáng)迫振動(dòng)和自由振動(dòng)，建筑物發(fā)生拉伸、剪切等組合應(yīng)力。由于建筑物上部?jī)?nèi)應(yīng)力較大，地震波一般都在建筑物上部將其破壞。

2 礦山爆破的安全影響的措施

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2014）相關(guān)規(guī)定、爆破安全計(jì)算及施工經(jīng)驗(yàn)，保證地表開采邊界與地面建筑物的安全限界。同時(shí)還應(yīng)綜合考慮爆破振動(dòng)安全限界、爆破沖擊波安全距離、個(gè)別飛散物安全距離。在滿足生產(chǎn)需求和滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求的前提下，以控制單段最大藥量為原則合理設(shè)計(jì)爆破方案并預(yù)測(cè)安全限界。

2.1 科學(xué)布置炮孔

1）鉆孔方式，垂直深孔爆破的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)地質(zhì)要求比較低而且鉆孔速度相對(duì)較快、鉆孔角度易控制、操作簡(jiǎn)單。結(jié)合安家?guī)X露天礦山實(shí)際情況，選擇垂直深孔可提高工作效率。

2）炮孔的布置方式，采用正方形多排布孔。正方形布孔破碎均勻且容易準(zhǔn)確定位，鉆機(jī)移動(dòng)次數(shù)也少。

2.2 合理設(shè)置爆破參數(shù)

臺(tái)階高度H、炮孔直徑d，考慮到爆破效果、鉆孔難度以及鏟裝安全和效率，臺(tái)階高度設(shè)計(jì)值為16m；炮孔直徑為250mm，鉆機(jī)為阿特拉斯DMH900。

2.3 選擇合適的裝藥方式及爆破器材

1）裝藥設(shè)計(jì)，炮孔內(nèi)炸藥的布置方式不同，可以產(chǎn)生不同的爆破效果，選擇合適的裝藥方式和裝藥結(jié)構(gòu)，直接影響礦山爆破的效果。采用連續(xù)不耦合裝藥的方式，應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥車裝藥，反向起爆。

2）爆破器材設(shè)計(jì)，a.炸藥的選取采用混裝胺油炸藥，密度850kg/m3，起爆藥包為450gTNT炸藥。b.雷管的選取根據(jù)爆破實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，硬巖的合理孔間延期為3ms/m，一般巖石的合理孔間延期為3～8ms/m。最大排間延期不應(yīng)超過(guò)15ms/m，以抵抗線長(zhǎng)度作為參考。由此計(jì)算出孔間延期為21ms～56ms，排間延期不超過(guò)105ms。采用高精度導(dǎo)爆管，可選延期時(shí)間為25ms，42ms，65ms和100ms，孔內(nèi)管統(tǒng)一采用600ms延期。

2.4 合理設(shè)計(jì)爆破網(wǎng)路

設(shè)計(jì)v字形起爆網(wǎng)絡(luò)增加自由面減小爆破振動(dòng)，按照深孔臺(tái)階爆破群孔爆炸時(shí)間在（±8ms）內(nèi)的炮孔可判斷為同時(shí)起爆，根據(jù)孔間和排間地表管的不同延期時(shí)間設(shè)計(jì)3種起爆網(wǎng)絡(luò)，孔內(nèi)管均采用600ms延期。

2.5 做好爆破現(xiàn)場(chǎng)安全管理

實(shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)試驗(yàn)區(qū)域做好警戒，爆破器材的保管和使用要嚴(yán)格按照法律和法規(guī)要求執(zhí)行。在礦山爆破中，對(duì)爆破產(chǎn)生的飛石、沖擊波、振動(dòng)和有害氣體等進(jìn)行有效的控制，可以減少對(duì)周圍環(huán)境和人員設(shè)備的危害。

1）個(gè)別飛散物體安全距離，根據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2014）的規(guī)定，個(gè)別飛散物體安全距離的計(jì)算公式為：

RF=20KFn2Wd

式中：Rf為個(gè)別飛散物的安全距離，m；KF為安全系數(shù)，取1.5。為最大裝藥爆破指數(shù)，取0.8；wd為盤底抵抗線，m。

通過(guò)公式2-1計(jì)算得RF為134m，此計(jì)算結(jié)果僅供參考，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，個(gè)別飛散物的飛散距離遠(yuǎn)小于200m。

2）爆破沖擊波控制，根據(jù) 《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2014）的規(guī)定，爆破時(shí)空氣沖擊波對(duì)掩體內(nèi)人員的安全距離計(jì)算公式為：

RK=KnQV3

式中：Rk為空氣沖擊波對(duì)人最小安全距離，m；Kn為爆破破壞的相關(guān)系數(shù)，取0.5～1.5；Q為爆破時(shí)單段最大藥量，kg。由公式2-2計(jì)算得Rk為6.47m～19.41m。

3）爆破振動(dòng)安全距離，根據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2014）露天深孔爆破振動(dòng)主頻在10Hz～60Hz之間。結(jié)合起爆網(wǎng)絡(luò)計(jì)算出的單段最大藥量和礦區(qū)東幫的巖石性質(zhì)，利用薩道夫斯基公式2-3對(duì)民用建筑和工業(yè)建筑的安全限界進(jìn)行估算。

式中：V為爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，cm/s；民用建筑取1.5cm/s；工業(yè)建筑取2.5cm/s。Q為延時(shí)爆破單段最大裝藥量，kg；取2168kg；R為測(cè)點(diǎn)到爆源中心的距離，m；K為與爆破場(chǎng)地條件有關(guān)的參數(shù)，取150～250；a為爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度衰減系數(shù)取1.5～1.8。通過(guò)公式2-3計(jì)算，民用建筑的安全限界為167.16m ～391.97m；工業(yè)建筑的安全限界為 125.86m～278.84m。

3 結(jié)語(yǔ)

安全問(wèn)題是科學(xué)研究的前提和保障，尤其在涉及爆破工程的研究中，其不可控制性在安全問(wèn)題顯得更加重要。嚴(yán)格按照《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2014）要求進(jìn)行作業(yè)驗(yàn)時(shí)對(duì)試驗(yàn)區(qū)域做好警戒，爆破器材的保管和使用也要嚴(yán)格按照法律和法規(guī)要求執(zhí)行礦山爆破中，對(duì)爆破產(chǎn)生的飛石、沖擊波、振動(dòng)和有害氣體等進(jìn)行有效的控制。