某露天矿山爆破地震效应及减震措施研究

王 欣，王志恒

(中国平煤神马建工集团建井三处，河南 平顶山 467000)

1 前言

目前，爆破振动效应的预防与控制问题已经成为维持矿山正常、安全生产的重要技术难题。如何降低爆破振动效应及其对周围建(构)筑物和露天边坡稳定的影响，成为亟待解决的问题。只有充分了解和掌握爆破地震效应的产生、发展和传播规律，并在爆破中采取相应的技术措施，才可能将爆破振动控制在允许范围内，有效地保证周围设施的安全、露天边坡的稳定和矿山的正常生产。

2 工程概况

露天采场深孔爆破引起的爆破地震效应波及到附近的村庄，使矿山正常生产受到影响。因此，需要对露天深孔爆破引起的地震效应进行观测，研究其地震波的传播规律，并提出合理可行的降震措施。

露天深孔爆破采用毫秒导爆管雷管起爆的逐孔起爆技术。爆破参数如表1所示。

炸药为铵油炸药，孔内连续装药；单位炸药消耗量：矿石q=0.8～0.9kg/m3，岩石q=0.7～0.8kg/m3；采用高精度导爆管雷管起爆系统，逐孔起爆技术。孔内400ms延时，孔外分别采用25、42、65ms延时。

3 爆破地震波传播规律

采用TC- 4850型爆破测振仪对地震波的振动速度进行采集，经计算机分析输出结果如表2。

表1 台阶爆破参数

表2 爆破振速观测值

我国常用的爆破质点振动速度计算公式为萨道夫斯基公式：

(1)

式中：V——质点峰值振动速度，cm/s；

Q——最大段起爆药量，kg；

R——测点至爆区中心距离，m；

K、α——与地形、地质条件有关的系数和衰减指数。

拟合处理结果如图1、图2所示。

露天采场西北部爆破地震传播规律：

其中，K=22.07、α=1.07、r2=0.61(r为数据拟合的相关系数)。

露天采场东南部爆破地震传播规律：

其中，K=416.96、α=1.84、r2=0.66。

图1 沿采场西北方向地震波衰减规律图

图2 沿采场东南方向地震波衰减规律图

4 减震措施研究

4.1 常用的减震措施

(1)降低单段起爆药量。目前采用的是逐孔起爆法，降低单段起爆药量也就是降低单孔装药量。降低起爆药量是控制爆破振动强度的最根本手段。

(2)时差干扰法。各段炸药爆炸时引起的地震波存在一定的相位差，根据波的叠加原理，当不同相位的爆破地震波在某一点相遇时的振动速度方向正好相反时，两波叠加，振幅降低，从而实现了由时差不同而引起的干扰降震。

(3)错开主振相。两个药包延期起爆时，引起的地震波会相互叠加，振幅有可能增强或减弱。如果将主振在时间上错开，则避免了在主振相附近的叠加。

(4)开挖减震带。人为实现地质断层，在爆破地震传播方向上开挖减震沟等工程，一定程度上会促使爆破地震振幅的衰减，起到减震作用。一般在特定方向上的某一特定建筑物需要保护时，可采用挖减震沟的方法，大范围的爆破很难实现。

(5)采用不耦合装药。露天深孔爆破可采用轴向不耦合装药，即间隔装药，此方法既能延长爆生气体的作用时间，又能取得一定的降震作用。

4.2 减震措施研究

4.2.1 合理延期时间

从爆破振动监测数据来看，主振频率在10～50Hz范围内，其中25～35Hz占大多数，即地震波周期在30～40ms。要使主振相错开，避免主振幅正向叠加，地震波相位至少应错开半个周期，即15～20ms，因此合理的延期时间应大于15～20ms。

4.2.2 降低单段起爆药量

(1)孔底间隔装药爆破。露天台阶爆破为了消除根底，炮孔必须有超深，超深中的装药也就是孔底部分的炸药，主要作用是破碎孔底到台阶坡底线部分的岩石，因而其能量利用率非常低，造成了炸药的浪费。采用孔底空气间隔装药，炸药爆炸后作用于炮孔壁上的峰值压力低于连续耦合装药方式，但它可以通过气体的膨胀作用产生的准静态压力作用于孔壁破碎岩石。准静态压力作用持续时间长，只要间隔长度合理，其压力值就能保持一定的高度，从而达到消除根底的目的。

根据现有研究成果，采用孔底空气间隔装药，间隔长度一般可取孔径的3～6倍，考虑到实际情况，先取小值，再逐渐加大。目前，对于无水炮孔间隔长度为0.5m，可适增加至1.0m。在有水炮孔，孔底间隔长度取1.0m，然后适当加大，最大不超过1.5m。

(2)分段装药爆破。采用分段装药，一方面适当提高装药高度，使填塞长度适当缩小，提高孔口岩石的破碎效果，另一方面可适当减少装药长度，减少单孔装药量。

根据经验，分段装药间隔长度一般取最小抵抗线的1/3。台阶爆破底盘抵抗线为6.5m，顶盘抵抗线为4.6m，平均为5m，间隔长度可取1.5m。

(3)单孔装药量。设孔底间隔长度为1.0m，分段间隔长度1.5m，装药位置提高1.0m，即填塞长度由7.5m降低到6.5m，总装药长度由8m降至6.5m，按照底部装药为2/3，顶部1/3的原则，底部装药长度4.5m，顶部装药长度为2m。总装药量由480kg降至390kg。

(4)孔网参数及单位炸药消耗量。当单位炸药消耗量不变时，孔网参数可改为：矿石a×b=6.0m×6.0m，岩石a×b=(6.5～7.0)m×(6.5～7.0)m；采用孔底间隔装药和分段装药，单孔装药量为390kg，单位炸药消耗量为：矿石q=0.9kg/m3，岩石q=0.67～0.77kg/m3。

5 结论

(1)采场西北部与东南部爆破地震波传播分别遵循以下规律：

计算采场北部和东南部的爆破地震安全距离可分别按此公式计算。

(2)在采场边界距离民房较近处爆破时，可采取一定的减振措施。采用合理的起爆网路，将延期时间控制在大于15～20ms，可有效地减少不同炮孔爆破产生的地震波的叠加。采用孔底间隔装药和分段装药，可减少单孔装药量，在一定程度上降低爆破振速。

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