王文才，曹宇，趙永崗

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué) 礦業(yè)研究院，內(nèi)蒙古 包頭 014010；2.包頭鋼鐵公司集團(tuán)白云鐵礦，內(nèi)蒙古 包頭 014080)

隨著金屬露天礦逐漸轉(zhuǎn)入深部開采，其邊坡的垂直高度在200～400 m已較為多見.而爆破作業(yè)作為露天礦生產(chǎn)的一個(gè)必要環(huán)節(jié)，頻繁地對高陡邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生著影響.

眾多學(xué)者針對這一問題做了大量的研究，取得了一系列成果.宋光明等[1]通過將高差影響因素納入質(zhì)點(diǎn)垂直振速經(jīng)驗(yàn)公式，確定了其邊坡上爆破振動波衰減經(jīng)驗(yàn)方程.蔣楠等[2]基于量綱分析研究了不同坡度邊坡高程效應(yīng)對爆破振動速度衰減的影響.楊珊等[3]采用一元及二元線性回歸分析法得出經(jīng)驗(yàn)方程進(jìn)而研究隧道爆破振動傳播規(guī)律，并據(jù)此確定出最大段藥量作為隧道爆破的安全判據(jù).付波等[4]對高邊坡的爆破振動利用現(xiàn)場實(shí)測與LS-DYNA結(jié)合的方式確定其高程放大效應(yīng)是一個(gè)局部的動力響應(yīng)，在坡頂線以及臺階平臺中點(diǎn)處較為明顯.葉海旺等[5]通過引入新的地形影響因子，對爆破振動質(zhì)點(diǎn)峰值速度預(yù)測公式進(jìn)行了重構(gòu).

以內(nèi)蒙中北部某露天礦為例，采用現(xiàn)場監(jiān)測的方法，基于薩道夫斯基回歸分析理論及其修正形式，研究和確定爆破振動速度在高陡邊坡上的傳遞變化規(guī)律.

1 工程背景

某礦位于內(nèi)蒙地軸與內(nèi)蒙華力西晚期褶皺帶接觸帶的南側(cè)，區(qū)內(nèi)地層強(qiáng)烈褶皺變質(zhì)，斷裂發(fā)育.巖漿巖種類繁多，呈多期侵入，地質(zhì)情況復(fù)雜.礦區(qū)呈近東西狹長帶狀展布，長近10 km，寬近2 km，面積約為18 km2，礦山年產(chǎn)量近1.5 Mt/a.開采臺階高度15 m，臺階坡面角平均為75°，平臺寬度30 m.隨著露天開采年限的增加，該采場現(xiàn)進(jìn)入深深部開采階段.

根據(jù)該礦生產(chǎn)爆破的具體實(shí)施情況，本次爆破振動監(jiān)測實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間長，監(jiān)測位置沿露天礦南幫邊坡不同臺階高程布置，采集得到的數(shù)據(jù)，分析探究本礦臺階爆破振動衰減規(guī)律.

2 爆破振動監(jiān)測分析

2.1 監(jiān)測儀器及監(jiān)測參數(shù)的選擇

本次爆破振動測試系統(tǒng)組成如圖1所示，其中最關(guān)鍵的是拾振器和測振儀的布設(shè)與選擇.兩者共同決定爆破地震波拾取的精確性和拾取數(shù)據(jù)的可靠性.本次爆破邊坡監(jiān)測采用成都中科測控的TC-4850型爆破振動監(jiān)測儀；該設(shè)備體積小巧，攜帶方便.具有通用性，可以與速度、加速度傳感器等匹配，完成不同測試需求.該儀器擁有自適應(yīng)量程，采樣后能立即預(yù)覽值、頻率及波形等信息，無需外接電腦支持.配備TCS-B3型號的x，y，z方向三維一體速度傳感器，具體參數(shù)見表1.

圖1 TC-4850爆破振動測試系統(tǒng)示意圖

表1 三維一體速度傳感器主要技術(shù)指標(biāo)參數(shù)

2.2 監(jiān)測點(diǎn)布置情況

該露天礦采用深孔爆破的爆破工藝破巖，其炸藥填塞方式為連續(xù)裝藥，炸藥選用乳化油炸藥和黑梯藥坨的組合方式.且為充分釋放爆破產(chǎn)生的高壓爆轟氣體更好的破碎巖體，在炮孔上部采用現(xiàn)場巖粉進(jìn)行填塞.

在起爆網(wǎng)絡(luò)連接上采用數(shù)字導(dǎo)爆管分段起爆方式.其爆區(qū)的規(guī)模根據(jù)靠界爆破或臺階爆破等不同類型，單段最大藥量為400～1 000 kg不同，一次爆破炸藥用量在18～30 t左右.采場爆破振動實(shí)測數(shù)據(jù)如表2所示.

將表2實(shí)測數(shù)據(jù)以監(jiān)測點(diǎn)峰值速度為縱坐標(biāo)，測點(diǎn)與爆區(qū)的水平距離為橫坐標(biāo)繪制如圖2所示的振速與距離關(guān)系圖.

圖2 振速與距離關(guān)系圖

表2 露天礦高陡邊坡采場爆破振動監(jiān)測數(shù)據(jù)

由圖2可知該礦爆破振動在高陡臺階上的傳播規(guī)律為：

①水平徑向振速一般大于水平切向和垂向振速.且隨著水平距離的逐漸增大，3向振速逐漸接近；其中垂向振速衰減速率要顯著大于水平徑向及水平切向振速衰減速率，這與測點(diǎn)所處位置的巖體力學(xué)性質(zhì)以及與爆心的距離有關(guān)[6，7].

②監(jiān)測爆破區(qū)域與測振點(diǎn)位置均不同，圖2監(jiān)測結(jié)果結(jié)合其高程差顯示3向振速均出現(xiàn)隨著水平距離及高程的增大而增大的現(xiàn)象，這表明該處出現(xiàn)不同程度的爆破振動高程放大效應(yīng).其中受高程影響最大的是垂向振速，側(cè)面印證了高程放大效應(yīng)具有方向性且在垂直方向更加顯著的結(jié)論，與文獻(xiàn)[8-10]描述一致.

2.依托《協(xié)定公約》相關(guān)規(guī)范指引，借鑒歐盟和美國經(jīng)驗(yàn)，全球金融賬戶涉稅信息自動交換行動參與國應(yīng)積極制定實(shí)施或完善相關(guān)法律制度。歐盟通過立法保護(hù)個(gè)人信息已有較長的歷史，已經(jīng)經(jīng)歷了五個(gè)發(fā)展階段。其立法宗旨和保護(hù)規(guī)范逐步完成了由規(guī)范處理到人權(quán)保護(hù)的轉(zhuǎn)變。《歐盟個(gè)人數(shù)據(jù)保護(hù)指令》為成員國立法保護(hù)個(gè)人信息設(shè)立了最低標(biāo)準(zhǔn)，確立了數(shù)據(jù)質(zhì)量原則，賦予信息主體廣泛的權(quán)利，對后來的個(gè)人信息保護(hù)法的制定影響巨大?！稓W盟通用數(shù)據(jù)保護(hù)條例》進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了歐盟個(gè)人信息保護(hù)的可操作性和合作性。

③監(jiān)測結(jié)果表明，水平徑向、水平切向及垂向峰值振速均小于15 cm/s，其峰值位于《爆破安全規(guī)程》規(guī)定的允許范圍內(nèi)，且爆破過程中邊坡的整體穩(wěn)定性較好；表明當(dāng)前爆破方案較為合理[11].

3 高陡邊坡振動速度傳播的回歸分析

3.1 基于爆心距的一元回歸分析

國內(nèi)外廣泛采用的計(jì)算方法是前蘇聯(lián)學(xué)者提出的爆破地震振動衰減經(jīng)驗(yàn)公式.曾一度作為我國《爆破安全規(guī)程》(GB 6722—2003)中爆破振動安全允許距離的變形計(jì)算方式.公式的具體形式為：

(1)

式中：V為質(zhì)點(diǎn)振速，cm/s；Q為最大一段裝藥量，kg(齊發(fā)爆破時(shí)取總藥量；延遲爆破時(shí)為最大一段的藥量)；R為臺階布置測點(diǎn)與爆區(qū)中心的距離，m；K，α是指相關(guān)系數(shù)，其中，K為地形系數(shù)，α為爆破振速衰減系數(shù).

對式(1)左右同時(shí)取對數(shù)，整理得：

(2)

根據(jù)(2)式經(jīng)回歸分析得到式(3)～(5)，其回歸擬合曲線如圖3所示.

薩式水平徑向振速：

(3)

薩式水平切向回歸曲線：

(4)

薩式垂向回歸曲線：

(5)

圖3 薩式回歸擬合曲線圖(a)水平徑向回歸曲線(B2=0.92)；(b)水平切向回歸曲線(B2=0.93)；(c)水平切向回歸曲線(B2=0.88)

3.2 基于爆心距和高程差的二元回歸分析

對于爆破振動在非平整地面的傳播規(guī)律，不少學(xué)者考慮高程差對其帶來的影響，常用的有長江科學(xué)院[12]提出的預(yù)測公式：

(6)

經(jīng)Origin軟件擬合求得系數(shù)k，α，β及相關(guān)性系數(shù)B2，得式(7)～(9).

(7)

(8)

(9)

由式(7)～(9)可知，高程對爆破振動速度的影響垂向最大，切向次之，徑向最小；垂向振速的β是負(fù)值，說明該范圍內(nèi)垂向振速具有一定的高程放大效應(yīng).

3.3爆破振動傳播公式對比與優(yōu)選

從表3的B2可以得出，二元回歸的振速傳播公式，其精度要高于一元回歸的振速傳播公式；且二元回歸擬合的衰減系數(shù)α值均比一元回歸擬合的α值小，說明爆破振速不是完全由α決定的，其也受到了高程參數(shù)一定程度的影響.

表3 二元回歸擬合參數(shù)對比表

其中，X，Y，Z分別代表水平徑向、水平切向及垂向.

4 結(jié)論

1)二元回歸的采場爆破振速傳播公式，其精度要高于一元回歸的振速傳播公式；且二元回歸擬合的衰減系數(shù)α值均比一元回歸擬合的α值小，說明爆破振速不是完全由α決定的，也受到了高程參數(shù)一定程度的影響.

2)采場爆破振速隨著傳播距離的增大而衰減，但高程對爆破振速具有一定的放大效應(yīng).一般前者占主導(dǎo)地位，因而一般不表現(xiàn)出高程的放大效應(yīng)；只有在后者占主導(dǎo)地位時(shí)，才表現(xiàn)出高程的放大效應(yīng).

3)高程對爆破振動速度的影響垂向最大，切向次之，徑向最小.在該礦的振速測定中，垂向振速的β是負(fù)值，說明該范圍內(nèi)垂向振速具有一定的高程放大效應(yīng)，而切向和徑向振速未表現(xiàn)出高程的放大效應(yīng).