毫秒延时爆破合理间隔时间研究

史晓鹏，解联库，2，吴春平，叶光祥

（1.北京矿冶研究总院，北京100160；2.金属矿山智能开采技术北京市重点实验室，北京102628）

毫秒延时爆破合理间隔时间研究

史晓鹏1，解联库1，2，吴春平1，叶光祥1

（1.北京矿冶研究总院，北京100160；2.金属矿山智能开采技术北京市重点实验室，北京102628）

分析了毫秒延时爆破破岩机理以及毫秒延时爆破的降振机理。针对某铅锌矿存在的爆破振动问题，通过现场试验获取大量监测数据，通过数据分析确定了该矿山生产爆破的最佳间隔时差。研究结果表明，当延时间隔为50ms时，可以使爆破振动错峰叠加，达到平峰降振的作用，同时为该铅锌矿控制爆破振动提供了理论依据及技术支持。

爆破振动；微差爆破；毫秒延时

爆破地震波引起周围建（构）筑物的振动是爆破工程公害之一。如何降低爆破地震波引起的质点振动一直是国内外学者的重要研究课题。在众多的降低爆破地震效应的主要方法中，利用爆破地震波相互叠加，采用微差爆破技术可获得良好的减振效果。微差爆破技术的关键是合理选择微差间隔时间，但到目前为止国内外在降低爆破振动效应上尚无一个精确的公式来计算毫秒延时间隔时间［1－2］。笔者认为针对不同的地质条件以及不同的爆破方式不能统一用一个公式来计算最佳延时时间，应该通过现场试验和数据分析的方法确定某个矿山的微差爆破的合理间隔时间。

1 微差爆破破岩机理

目前国内外专家学者对微差爆破破岩机理有如下四种观点［3］：

1）补充破碎作用；2）残余应力作用；3）产生辅助自由面；4）降低爆破振动作用。

通过在矿山生产爆破时采用爆破测振仪进行监测，所得到的波形数据表明，虽然生产爆破时所有的炮孔相当密集地在几十到几百ms之内爆炸，但爆破所引起的地表振动反而减弱。原因是前后各组炮孔爆炸时在地表引起的爆炸弹性波相位互相干扰而抵消。

2 毫秒延时爆破的降振机理

在矿山生产爆破时，既需要控制爆炸地震波的强度，降低爆破对地表的影响，又要控制大块率，在满足这两点要求的基础上确定合理的微差间隔时间主要有两种看法［4］：

l）选取合适的微差间隔时间，使先后起爆的炮孔产生的地震波主震相刚好错开，从而降低地震效应；2）选用合理的微差间隔时间，使先后起爆的炮孔产生的地震波相互干扰［5］，以便最大限度地降低地震效应。

但是通过对矿山进行调研，发现在实际生产中由于雷管的精度问题，一部分矿山为了避免因雷管跳段导致相邻段别的雷管爆炸所引起的振动波叠加从而造成地震效应增大的现象，爆破设计时会加大延迟间隔时间，另外一部分矿山不注意控制爆破地震效应，采用精度不高的雷管进行爆破设计时，低段别雷管也连续使用，导致地震波叠加，地表所产生的振动较大。通过研究国内外学者的观点发现，最佳毫秒延时间隔应在20～75ms较为合适。

3 某铅锌矿爆破合理延时间隔的研究

某铅锌矿山主要开采锌矿体，矿山经多次改扩建后目前生产能力为3 000t/d，主要产品为锌精矿粉，伴生金属有铅、铜和铁。矿体赋存于矽卡岩带之中，矿体直接围岩为矽卡岩。在1＃矿体下盘和2＃矿体上盘分布有矽质板岩、板岩。在1＃矿体上盘与2＃矿体下盘分布有大理岩。矿体有露头，氧化带深度为15m。矿体内有夹石，夹石多为矽卡岩、大理岩和板岩。矿石与围岩岩石的抗压强度为31～200.26MPa，据现场调研观测，矿石与上、下盘围岩的f值为10～12，而且围岩矽化较重，属热坚硬岩性。矿石密度3.5g/cm3，岩石密度2.8g/cm3，松散系数1.5。

由于矿山自建矿以来采用浅孔留矿法开采，在905m水平及以上中段留下了大量的残留矿柱和采空区。为保证矿山资源最大程度的回收利用，同时保障矿区生产生活的安全稳定，因此开展了爆破振动监测研究，为残矿回采的爆破设计提供科学的依据。本项目共进行了9次爆破振动监测，地表振动监测9次，井下振动监测5次，共采集到有效数据168组。

图1 爆破振动测点与爆源对照关系图Fig.1 The relationship between the measuring points and the blasting source

3.2 排间间隔50ms时爆破振动监测结果

分析所获得的有效爆破振动监测数据，并针对该矿山爆破振动监测情况，决定重新选择雷管段别，雷管段别选取间隔时间为50ms。此种方案共进行了6次爆破振动监测。

选取第四次爆破振动监测1号测点X方向波形为例。本次爆破是5205采场890m水平采场爆破。炮孔为垂直扇形中深孔，直径90mm，总排数2排，孔数25个；总装药量2 497kg。爆破采用改性铵油炸药、毫秒延时非电导爆管起爆，起爆药包置于孔底，形成反向起爆，炮泥堵塞长度1m。图3为第四次爆破振动监测1号测点X方向波形。

图2 第一次爆破振动监测1号测点X方向波形Fig.2 Direction X waveform of No.1measuring point in the first blasting vibration monitoring

表1 第一次爆破振动监测数据汇总表Table 1 Results of blasting vibration testing for the first blasting

3.3 数据分析对比

第一次爆破与第四次爆破单段药量差别不大，爆心距也较为接近。因此选取两次爆破振动结果进行对比。针对延时时间间隔为25ms和50ms的波形进行分析可以发现：

1）如图2所示，25ms的延时间隔振动峰值出现在0.1s处，振动峰值集中在0.0～0.3s，且波形叠加情况较为明显，共有6段波形出现了叠加情况，说明前一段波形还未衰减之前，后一段波形已经传播至地表，导致波形峰值叠加，故延时时间间隔为25ms时各监测点振速普遍大于间隔为50ms的振速，另外延时间隔为25ms时，总爆破时间较短，地表振动集中出现，加强了振动对地表建筑物的危害。

表2 第四次爆破振动监测数据汇总表Table 2 Results of blasting vibration testing for the fourth blasting

2）如图3所示，延时时间间隔为50ms时，各分段爆破振动波形完整，峰值振速出现在0.4～0.7s，达到峰值振速时出现波形叠加的情况不多，仅有一段波形出现叠加情况，且波形段别较为明显，起到了控制合理延时时间错开前一段爆破振动峰值，从而达到控制爆破振速的目的，另外爆破总时间比25 ms时拉长，促进了波形的均匀分布，避免在短时间内出现波形集中的情况。

通过同一测点相同方向的前后两个波形图可以看出，采用延时时间为50ms的波形相较于延时时间间隔为25ms的波形，叠加情况有明显的减小。通过前后6次爆破振动监测数据对比分析，可以得出隔段选用雷管比非隔段选用雷管爆破振动速度降低约40%。且爆破过后观察爆破效果，大块率差别不大，没有出现延时时间过长导致崩落岩石之间的相互作用减少的情况出现。矿山在隔断选用雷管时，同等条件下可以适当提高单段药量以及总药量，一次崩矿量增大，节省了爆破作业时间，同时提高了生产效率。

图3 第四次爆破振动监测1号测点X方向波形Fig.3 Direction X waveform of No.1measuring points in the fourth blasting vibration monitoring

因此隔断选用雷管，间隔时间为50ms在该矿山是可行的，既达到了避免波形叠加降低爆破振动的目的，又未影响爆破效果，且在爆破设计上更加灵活，为大规模回收残矿资源提供了可靠的技术支持，提高了经济效益。同时也验证了上述理论的可行性。

4 结论

本文依托某铅锌矿山生产爆破，通过现场大量的试验得到振动数据，并对波形的变化特征和段间叠加特性进行分析，确定了该矿山微差爆破的合理间隔时间。通过理论分析和现场试验研究相结合的方式，得出在目前使用普通雷管的情况下该矿山最佳延期间隔时间为50ms，在矿山后续生产中持续应用后表明对于降低矿山爆破振动是有利的，此种研究方法及结果对以后的爆破设计有重要的参考价值。同时建议矿山在进行大规模回收残矿时，可以选用延时精度更为精确、且延时时间可以随意设置的电子雷管，既避免了普通雷管延时不精确出现串段，又能弥补目前普通雷管段别不足的情况。届时将在该矿山进行电子雷管条件下的更为合理的最佳延时时间的研究。

［1］李瑞涛.爆破地震波叠加规律实验研究［D］.沈阳：东北大学，2007.

［2］娄建武，龙源，卢云.毫秒延时爆破段延时间隔效果研究［J］.爆破器材，2006，35（1）：26－29.

［3］张光雄，杨军，卢红卫.毫秒延时爆破干扰降振作用研究［J］.工程爆破，2009，15（3）：17－21.

［4］郭学彬，张继春，刘泉，等.微差爆破的波形叠加作用分析［J］.爆破，2006，23（2）：4－8.

［5］张世雄，胡建华，阳生权，等.地下工程爆破振动监测与分析［J］.爆破，2001，18（2）：49－52.

Study on the reasonable intervals of millisecond delay blasting

SHI Xiaopeng1，XIE Lianku1，2，WU Chunping1，YE Guangxiang1
（1.Beijing General Research Institute of Mining ＆Metallurgy，Beijing 100160，China；2.Beijing Key Laboratory of Nonferrous Intelligent Mining Technology，Beijing 102628，China）

The rock breaking mechanism and reducing vibration mechanism of millisecond delay blasting are analyzed.To solve the blasting vibration problems in a lead－zinc mine，a large number of monitoring data is obtained through field test and the interval time of the mine blasting is confirmed through data analysis.The results of the study show that when the interval time is 50ms，it staggers the peak superposition of blasting vibration，which reach a goal of vibration reduction.The results of the study provide a theoretical basis and technical support to control blasting vibration of the lead－zinc mine.

blasting vibration；millisecond blasting；millisecond delay

TD235.1

A

1671－4172（2015）05－0085－04

国家高技术研究发展计划（863计划）项目（2011AA060405）

史晓鹏（1984－），男，工程师，硕士，采矿工程专业，主要从事采矿和爆破技术研究工作。

10.3969/j.issn.1671－4172.2015.05.017