摘要：采用地震專業(yè)儀器全面真實地獲取爆破監(jiān)測數(shù)據(jù)，以期為爆破效應(yīng)的科學(xué)分析提供直接和客觀的度量，從中找到與爆破影響有關(guān)的因素，并提出風(fēng)險防范措施。從爆破振速、能量衰減、優(yōu)勢頻率等關(guān)鍵參數(shù)入手，利用H/V譜比法評估場地反應(yīng)的影響，采用爆破震級來核實和驗算爆破能量，并擬合得到該區(qū)域的能量衰減規(guī)律，用波形時頻分析法得到能量分布和優(yōu)勢頻率規(guī)律等。綜合分析顯示，爆破能量、波形高頻成分等隨著距離增大而快速衰減，儀器烈度在同一棟樓隨樓層增高而變大，儀器記錄到的優(yōu)勢頻率最大波速低于《爆破安全規(guī)程》規(guī)定，總體上爆破對周邊建筑物震害影響較小。 研究表明，此次開展爆破地震效應(yīng)監(jiān)測與影響分析的方法可行，可用于指導(dǎo)礦山安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞： 爆破； 背景噪聲； 優(yōu)勢頻率； 頻譜分析

doi：10.16256/j.issn.1001-8956.2024.03.008

銅陵因礦立市，導(dǎo)致居民點圍礦而建，隨著社會發(fā)展，人們對爆破振動危害性的關(guān)注度逐漸增強。由于礦山生產(chǎn)爆破是經(jīng)常性的，因此周而復(fù)始的爆破生產(chǎn)都不可避免會對周圍的建（構(gòu)）筑物等造成危害［1-2］。爆破地震波在產(chǎn)生和傳播的過程中受多種條件影響，如地質(zhì)條件、爆心距、最大段藥量和爆破方法等。在衡量爆破振動產(chǎn)生的影響方面，國內(nèi)外學(xué)者大多采用爆破地震波引發(fā)振動場內(nèi)建筑物節(jié)點最大振動速度的強弱作為爆破設(shè)計與施工的安全判據(jù)［3-5］。對于計算爆破振動速度，不同國家根據(jù)本國工程爆破經(jīng)驗給出了質(zhì)點振速峰值速度衰減公式［6-7］，但總結(jié)的預(yù)測爆破振動速度公式大同小異。

在實踐中，為盡可能減小爆破振動帶來的影響，通常采用降低炸藥量和采用分段延時爆破等方法。但是，降低了爆破藥量，也減少了爆破施工總量，進而影響采礦強度和生產(chǎn)規(guī)模。因此，為了盡可能地減小由爆破地震所帶來的危害，而不影響生產(chǎn)效率，適時監(jiān)控礦山爆破產(chǎn)生的影響，分析爆破振動的控制技術(shù)及降震措施十分必要［8-9］。

1 礦山概況

監(jiān)獄石料廠礦山位于銅陵監(jiān)獄石料廠內(nèi)，已關(guān)停多年，為遺留廢礦區(qū)。由于其位于市區(qū)，一方面造成視覺污染，另一方面也影響城市規(guī)劃。根據(jù)礦山治理修復(fù)需要，市政府明確由市港航集團負(fù)責(zé)實施。具體要求是將廢礦區(qū)的A區(qū)進行生態(tài)修復(fù)，C區(qū)進行削坡爆破，B區(qū)進行場地平整爆破處理（圖1），A區(qū)南面距離長江東路約320 m，B區(qū)爆破點東北面距離龍山湖苑小區(qū)約45 m，距離龍山湖小學(xué)約40 m，C區(qū)靠近山坡。

2 爆破震動監(jiān)測布局與監(jiān)測方法

監(jiān)測布局：本研究在項目辦地下室架設(shè)了一臺強震儀（SLJ-100），在龍山湖苑小區(qū)4棟1、9、18層和龍山湖小學(xué)分別架設(shè)烈度儀（GL-P2B），見圖2。烈度儀主要關(guān)注爆破引起地面振動的大小及對地表建筑的影響。測震儀記錄地面的振動，可確定地震或爆炸事件時間、地點及震級大小等參數(shù)，短周期地震儀主要用于監(jiān)測微震（爆炸）活動的強度等，寬頻帶地震儀用于地震波的頻譜分析、波形及反演計算，探索地球深部構(gòu)造，板塊活動性等研究，此外地震監(jiān)測也在工程建設(shè)上獲得了廣泛應(yīng)用。此次分別在龍山湖小學(xué)、項目辦地下室和銅陵站架設(shè)了3套測震儀（2套GL-S60，1套CMG-40TDE），監(jiān)控布局見圖2。

監(jiān)測方法：在爆破點周邊架設(shè)測震儀、烈度儀及強震儀，并和銅陵市地震臺組網(wǎng)觀測，根據(jù)現(xiàn)場獲得的數(shù)據(jù)研究爆破能量隨距離的衰減規(guī)律，通過速度幅值、頻率的對比研究，討論分析爆破對建筑物的安全性影響，可將結(jié)果用于指導(dǎo)礦山生產(chǎn)安全控制。

3 微震監(jiān)測場地分析

3.1 烈度儀背景噪聲

場地條件對地震動的影響是地震工程學(xué)關(guān)注的重點［10-11］，對于研究地震動的空間分布、工程場地地震安全性評價、建（構(gòu)）筑物選址及其抗震設(shè)防具有重要理論意義和實用價值［12］。

我們科學(xué)布置了流動地震臺陣，能實時記錄現(xiàn)場振動數(shù)據(jù)。此試驗利用H/V譜比法計算觀測點位場地響應(yīng)曲線，研究其場地條件對于地震動特性影響［13-15］，其結(jié)果如圖3所示：1樓場地響應(yīng)曲線整體平穩(wěn)，無明顯卓越周期；9樓和18樓存在明顯波動，卓越頻率約為1.2 Hz。

3.2 測震儀臺基背景噪聲

臺基的噪聲反映了臺基的基本條件和觀測環(huán)境的好壞，臺站 （臺網(wǎng)）的監(jiān)測能力不僅取決于儀器的性能，而且還與臺基的噪聲背景有關(guān)。因此，分析數(shù)字地震臺的噪聲水平及特征，掌握數(shù)字地震臺的觀測動態(tài)范圍對提高臺站（臺網(wǎng)）的監(jiān)測能力尤為重要［16］。

從表1、圖4可知居民區(qū)（L3412）、火車站（L3413）的背景噪聲較項目辦（L3411）、銅陵臺（TOL）高，除銅陵臺外，各點記錄噪聲譜在 1～40 Hz范圍呈正向趨勢，變化幅度（-180）～100 dB形態(tài)相同，說明場地背景存在差異，銅陵臺儀器安裝在洞室基巖上，場地條件優(yōu)于爆破點附近場地。項目辦儀器安裝在基巖上，背景噪聲與銅陵臺相當(dāng)。

4 爆破地震監(jiān)測數(shù)據(jù)處理及分析

4.1 儀器烈度估算

儀器清晰記錄了此次爆破峰值加速度PGA、峰值速度PGV，根據(jù)《儀器地震烈度計算暫行規(guī)程》中烈度的計算方法，計算出相應(yīng)儀器烈度I值（表2），本次爆破影響在L3411點的烈度值最大為3度。龍山湖苑小區(qū)4棟所在區(qū)儀器烈度為2度，1樓PGA為3.3×10-2 m/s2，9樓為4.63×10-2 m/s2，18樓為5.91×10-2 m/s2，該棟樓最低儀器烈度為2度，最高為3度，隨著樓層的增加，最大峰值加速度值逐步增加，儀器烈度階躍式增加。

4.2 爆破當(dāng)量估算

此次監(jiān)測過程中用到2種型號測震儀，均清晰記錄了本次爆破事件。其中GL-S60頻帶0.017～50 Hz，采樣率100點/s；24位EDAS-24GN數(shù)據(jù)采集器 ，動態(tài)范圍>140 dB；CMG-40TDE頻帶0.03～50 Hz，采樣率100點/s；24位CMG-DM24，動態(tài)范圍>90 dB。因地震監(jiān)測儀架設(shè)地場地為松散覆蓋層，并非在基巖上，對地震波具有放大效應(yīng)，導(dǎo)致記錄震級偏大。結(jié)合安徽地區(qū)地震監(jiān)測臺網(wǎng)震級校正經(jīng)驗值，并參考流動地震監(jiān)測儀器野外觀測經(jīng)驗，對本次震級計算進行震級校正，校正值為0.2級，取平均值為本次爆破震級，校正后為ML1.2。結(jié)合劉瑞豐研究員給出的爆破當(dāng)量估算經(jīng)驗公式［17］：

ML=0.918lgY+0.923 .（1）

式中：ML表示地方性震級，Y表示爆破當(dāng)量，單位為噸。將ML=1.2帶入其中，計算得出Y=1.995 3噸，即估算當(dāng)量為1.995 3噸，與實際使用爆破當(dāng)量2噸一致。

本次試驗根據(jù)儀器震級，反推出爆破當(dāng)量為1.995 3噸，同時根據(jù)爆破炸藥當(dāng)量及爆點距離流動臺的距離，估算爆破能量衰減規(guī)律，可以更好地對爆破造成的影響及能量估算進行詳細(xì)的評估。經(jīng)擬合得到爆破能量的回歸衰減規(guī)律：

Em=1.22×106Q1/3R5.62 .（2）

式中：Em為峰值瞬時能量，Q為由震級能量反推出的爆破當(dāng)量值，R為爆破源距離流動臺觀測的距離。根據(jù)爆破能量衰減公式、爆點距離以及由震級能量反推出的爆炸當(dāng)量值，計算爆破能量衰減曲線（圖5）。如圖所示在爆點處能量處于峰值，隨后急劇衰減，2 000 m處幾乎殆盡。

4.3 爆破波形的能量分布

爆破波形其能量分布和優(yōu)勢頻率分布如圖6所示，爆破波形隨著距離變化，其能量集中的優(yōu)勢頻率同步變化。結(jié)合表2～3、圖5～6分析得出：

對于安裝在同一棟建筑內(nèi)的監(jiān)測儀器，我們觀察到隨著樓層的增高，儀器所記錄到的烈度也相應(yīng)增大，即同一地點的建（構(gòu)）筑物受到爆破振動的影響與樓層高低有一定的關(guān)系。通過對比此次爆破峰值加速度PGA和烈度I值，發(fā)現(xiàn)龍山湖苑小區(qū)4棟1樓PGA為3.3×10-2 m/s2， 9樓為4.63×10-2 m/s2，18樓為5.91×10-2 m/s2，該棟樓最低儀器烈度為2度，最高為3度，隨著樓層的增加，最大峰值加速度值逐步增加，儀器烈度階躍式增加。這可能與低頻振動導(dǎo)致高層建筑產(chǎn)生振動放大效應(yīng)有關(guān)［18］。

爆破地震波的高頻部分隨傳播距離容易衰減，而低頻域基本不變［19］。隨著距離增加，儀器記錄的最大峰值加速度和儀器烈度逐漸減小，爆破產(chǎn)生的波形優(yōu)勢頻率也在減小。L3411站點的優(yōu)勢頻率約為37 Hz，L3412站點約為34 Hz，L3413站點約為12 Hz，TOL站點約為3.8 Hz。一般建筑物的自振頻率是1～5 Hz，從監(jiān)測分析數(shù)據(jù)可以看出，爆炸地震波的頻率要遠大于這一頻率，在優(yōu)勢頻率為37 Hz點處的最大波速為0.23 cm/s低于《爆破安全規(guī)程》［20］規(guī)定的振速（一般民用建筑為1～5 cm/s），因此，爆破地震波對周邊建筑物震害影響較小。

5 結(jié)論與建議

（1） 利用地震監(jiān)測臺網(wǎng)綜合分析顯示本次爆破相當(dāng)于震級ML1.2，爆破當(dāng)量估算為1.995 3 噸，與實際爆破當(dāng)量基本一致，說明利用地震監(jiān)測臺網(wǎng)監(jiān)控并分析爆破影響方法可行。

（2） 根據(jù)表3和圖5分析得出，在爆點處爆破能量處于頂峰值，在0.4 km處能量急劇衰減，在2 km處幾乎衰減殆盡，爆破能量隨距離衰減較快。

（3） 通過對爆破點周邊流動監(jiān)測臺網(wǎng)數(shù)據(jù)進行分析處理，本次爆破監(jiān)測到的最大儀器烈度為3度；距離爆破點1.24 km及以外區(qū)域其儀器烈度為1度，該儀器烈度地區(qū)無感。

（4） 隨著最大峰值加速度和儀器烈度的減小，爆破波形的優(yōu)勢頻率也在減小。從L3411站點的優(yōu)勢頻率約為37 Hz，依次為L3412站點優(yōu)勢頻率約為34 Hz，L3413站點優(yōu)勢頻率約為12 Hz，TOL站點優(yōu)勢頻率約為3.8 Hz。龍山湖苑小區(qū)4棟高層建筑卓越頻率約為1.2 Hz，周期為0.83 s，該點記錄到最大振速為0.16 cm/s，爆破產(chǎn)生烈度越往高層影響越明顯。

建議：（1）圍繞周邊危房開展排查。對石料廠周邊2 km內(nèi)的居民房屋進行全面排查，對可能產(chǎn)生影響的老舊房、危房，應(yīng)提前與房屋居住者進行對接，并妥善做好安置應(yīng)對工作；（2）加強爆破技術(shù)控制。盡量控制爆破能量的優(yōu)勢方向，能量優(yōu)勢方向應(yīng)為地下或無居民住宅地區(qū)。對可能產(chǎn)生飛石沖擊的方向，應(yīng)提前做好防護工作，減小爆破影響；（3）進一步完善爆破施工方案。走訪調(diào)查石料廠周邊1 000 m內(nèi)民房發(fā)現(xiàn)，周邊存在大量不設(shè)防的自建磚瓦土房，使用年限較久，在龍山湖苑小區(qū)現(xiàn)場能強烈感覺到爆破沖擊波和振動，在距離爆破點45 m處的龍山湖小學(xué)能發(fā)現(xiàn)少量爆破飛石，雖然從振速上并沒有超過標(biāo)準(zhǔn)，但由于受爆破生產(chǎn)振動影響，難免會造成不設(shè)防房屋出現(xiàn)小裂縫、掉瓦、碎玻璃等情況，甚至造成恐慌?？刹扇”魄芭c工礦企業(yè)進行溝通，由工礦企業(yè)提供炸藥當(dāng)量，由地方地震部門開展實時監(jiān)測，反推出因爆炸產(chǎn)生的地震烈度與震級等影響情況，根據(jù)影響程度適當(dāng)調(diào)整爆破當(dāng)量；（4）加強日常宣傳科普，提高公眾對爆破活動的科學(xué)認(rèn)識和風(fēng)險防范意識。在爆破施工前，提前與政府相關(guān)職能部門溝通，充分告知爆炸地附近的單位及社區(qū)，提前做好防范和應(yīng)急準(zhǔn)備。

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MONITORING AND IMPACT ANALYSIS OF SEISMIC

EFFECTS OF MINE BLASTING IN TONGLING

PRISON STONE FACTORY

WU Mi1， LONG Jian-feng2， XIE Shi-wen2， GUO Yan-na3

（1.Tongling Seismological Bureau，Tongling 244000，Anhui ，China；2.Anhui Earthquake Agency，Hefei 230031，Anhui，China；

3.Tongling City Yuejiang experimental primary school，Tongling 244000，Anhui，China）

Abstract： In order to provide direct and objective measurement for the scientific analysis of blasting effect， the monitoring data are obtained comprehensively and truly by using seismic professional instruments， and the factors related to blasting effect are found out， and the risk prevention measures are put forward. Starting from the key parameters such as blasting vibration velocity， energy attenuation and dominant frequency， the H/V spectral ratio method is used to evaluate the influence of site response. The blasting magnitude is used to verify and check the blasting energy， and the energy attenuation law in this area is obtained by fitting. The energy distribution and dominant frequency law are obtained by waveform time-frequency analysis. Through the monitoring and analysis of mine blasting， it is concluded that the blasting energy， intensity， velocity and acceleration decrease with the increase of distance. The intensity increases with height on different floors of the same building; The maximum vibration speed recorded by the instrument is lower than that specified in Blasting Safety Regulations; Blasting has little effect on the earthquake damage of the surrounding buildings， but it is necessary to consider the long-term impact of blasting vibration on the self-built brick and earth house， and the long-term impact on the decoration and external tiles of the brick and concrete house. The monitoring test shows that it is feasible to develop the method of seismic effect monitoring and impact analysis of blasting， and the results can be used to guide mine safety production.

Key words： Blasting; Background noise; Dominant frequency; Spectrum analysis