某硫铁矿浅埋巷道爆破振动实例分析

姚昌明

（浙江巨化化工矿业有限公司，浙江 衢州 324403）

爆破开挖是目前矿山开采、水利水电等工程隧道开挖的主要施工方法之一，而爆破引起的振动直接影响附近建筑物、构筑物及相关设施的安全。

目前对巷道爆破的振动效应研究多集中于节理构造对巷道爆破振动的影响，并根据装药量、布药结构等提出了巷道爆破振动的衰减规律[1-4]。为控制爆破震害，工程上多采用振动监测来了解爆破的振动强度，分析爆破振动对地表建筑物安全的影响程度[5-7]。但过小的进尺会降低施工效率，增大工程成本。

为解决这个问题，必须先清楚巷道掘进爆破引起的地表振动特性及其影响范围。特别是对于埋深小于30 m的浅埋巷道施工，爆破产生的振动效应造成的危害更大，其地表振动特性更复杂。因此，研究地表的振动效应特点，才能提出合理可行的减震爆破技术，达到既控制爆破震害，又提高工程效率的目的。

以某硫铁矿区的浅埋巷道为例，对现场爆破实测检测，对振动数据进行分析，研究其地表振动特性及其变化规律，建立工程爆破振动控制与监测系统，以保证巷道掘进的顺利进行。

1 工程概况

某硫铁矿区拥有2 Mt多金属硫铁矿，该矿体埋深较浅，矿区周边有高速公路，110 kVA高压线及省道穿过，且附近有大量的民房。因而矿区浅部巷道的掘进和今后浅部矿石开采的爆破振动成为一个重要的安全问题，其直接影响着今后矿山能否正常建设及生产。

2 爆破振动监测方案

1)监测仪器的确定。测试仪器采用TC-4850爆破振动仪以及配套的水平、垂直速度传感器，其采样率 1～50 kHz，多档可调，最大量程 10 V（35 cm/s），读数精度为0.1%，可实现多通道数据采集、存储和分析。仪器的触发电平为0.005 cm/s，采样率设为8 kHz，采样时间为5 s。起爆前3 min打开仪器，人员撤离，仪器自动采取数据并保存。

2)监测点的布置。现场爆破振动监测测点布置在爆区上方，沿平行电力线路铁塔方向2侧布置测线，每条测线根据地表情况，布置3个测点，在每个测点上布置垂直和水平径向的速度传感器监测爆破开挖时的振动特征。

3)爆破参数设计：选用抗水性能好、起爆感度高、爆速大、猛度高的岩石乳化炸药。炮眼按梅花型布置，设置掏槽眼、辅助眼和周边眼，断面中心均设直眼掏槽，爆破装药采用耦合装药。根据现场施工的实际设备情况，确定炮孔直径为40 mm，最大段装药量为3 kg。

3 结果与讨论

3.1 一般分析

GB 6722—2011所规定的爆破振动安全标准及国际流行的爆破振动安全标准都是以质点振动速度或振动速度结合振动频率为依据，一般发电厂中心控制室设备及辅助设施的爆破安全允许振速小于0.5 cm/s[8]。在巷道爆破掘进过程中，共进行了5次爆破振动监测，现取1次典型的测试数据进行分析，质点振速测试结果见表1所示，地表测点振速分布范围如图1。

表1 巷道爆破振动测试数据Tab 1 Blasting vibration test data of tunnel

由表1可知，振动速度的最大值为0.274 cm/s，小于GB 6722—2011规定的一般发电厂中心控制室设备及辅助设施安全允许最大振速0.5 cm/s，说明巷道爆破产生的振动不会对地表的电力线路铁塔产生破坏性影响。

由图1可知，分布曲线近似正态分布，中间振速0.10～0.20 cm/s明显较多。因此，必须加强对电力线路铁塔的振动监测，必要时采取减震措施。

图1 地表测点振速分布曲线Fig 1 The vibration velocity distribution curve of surface measuring point

由表1还可知，各测点的质点振速并不是随着高差和爆心距的变化而呈现单调性变化，当高差效应系数较小时，质点水平和垂直方向峰值振速趋于一致，而高差效应系数在0.85～0.95内，振速峰值达到最大；同时还可以看出，在测点断面上，质点振动速度具有方向效应，水平方向振速明显小于垂直方向振动速度，这跟文献[9]认为凹形地貌具有衰减效应，而水平衰减系数大于垂直衰减系数有相似的结论。

3.2 回归分析

考虑高差影响的实际意义，通过量纲分析得到的考虑高差效应修正后的爆破振动速度计算公式[10]：

式中，v为质点峰值振速，m为同段起爆的最大炸药量，k为岩石性质、爆破方法等因素有关的系数，α和β分别为地质条件有关的地震波衰减系数。由现场实测数据分析可知，地表测点的垂直向振动速度一般要大于其水平向振动速度。因此，以测点的垂直向振速为控制标准，对萨道夫斯基公式

用最小二乘法进行一元线性回归分析，得：

其中，相关系数R1=0.74。

对公式(1)2边取对数后为

则

把现场实测垂直向振速进行二元线性回归分析，最终得到如下现场实测规律：

其相关系数R2=0.89。

由式(1)～(4)可见，爆破场地的地形高差变化较大时，传统的萨道夫斯基爆破振动经验公式分析结果不是很理想，因此，必须考虑高差效应给地表振速带来的影响。结果表明，取h/r作为高差效应系数对传统公式进行修正后，分析结果更为理想。

4 结语

爆破振动效应危害大，而爆破振动机理复杂，爆破振动强度的因素很多，所以应根据工程实际情况来选取爆破振动监测设备、布置爆破振动监测点。

通过对浅埋巷道开挖爆破振动监测数据的分析，可以得到以下结论：

1)爆破振动监测点布置位置合理，爆破监测设备选用及调试均符合工程测试要求，测得的测点的垂直振动速度可信度满足测试要求，所测得的垂直速度均小于GB 6722—2011的允许振速0.5 cm/s。

2)浅埋巷道开挖区形成的空洞改变了巷道上方浅层岩体的完整结构，高差效应系数在0.85～0.95内，振速峰值达到最大；同时，质点振动速度具有方向效应，水平方向振速明显小于垂直方向振动速度。

3)爆破振动强度回归分析表明，爆破场地的地形高差变化较大时，传统的萨道夫斯基爆破振动经验公式分析结果不是很理想，取h/r作为高差效应系数对传统公式进行修正后，分析结果更为理想。修正后得到的相关系数为0.89。

[1]谢冰,李海波,王长柏,等.节理几何特征对预裂爆破效果影响的数值模拟[J].岩土力学,2011,32(12):3812-3820.

[2]张西前.节理岩体边坡爆破动力稳定性分析研究[D].西安:西安理工大学,2006.

[3]胡春红,周晶.炸药量和场地条件对水下爆炸地震波影响的数值模拟[J].爆破,2007,24(3):11-15.

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[7]魏晓林.爆破震动对临近建筑物的危害影响[J].爆破,1998,15(1):48-54.

[8]GB 6722—2011爆破安全规程[S].

[9]唐海,李海波,蒋鹏灿,等.地形地貌对爆破振动波传播的影响实验研究[J].岩石力学与工程学报,2007,26(9):1817-1823.

[10]唐海,李海波.反映高程放大效应的爆破振动公式研究[J].岩土力学,2011,32(3):820.