某采场大规模爆破施工振动监测分析

周志刚 盛晓雅 洪国敏

(包钢集团矿山研究院)

某采场爆区位于东采场北帮1536段30#～37#线，设计穿孔长度630 m，平均厚度70 m；上盘高程为1 547～1 549.3 m，西高东低，平均高程为1 547.6 m；下盘预计高程为1 536 m，平均段高11.61 m。爆区采用牙10/牙14双钻机联合作业方式进行穿孔，于2018年3月15日开始穿孔作业，4月17日穿孔成区，共计用时34 d，穿孔745个，完成穿孔米道10 010 m。爆区总爆破量173万t，其中矿石11.2万t，岩石161.8万t，使用炸药412 t，平均单耗238 g/t，平均延米爆破量173 t/m。爆破区域环境一般，爆区中心位置与采场北侧排土场的水平距离约370 m，爆区北侧边坡垂直高度约80 m。本研究对该区爆破方案进行分析，并进一步讨论爆破作业对采场边坡的影响。

1 爆破方案

爆区爆破作业采用三角形布孔方式[1-3]，区内岩性较复杂，设计孔网参数为11 m×6 m，穿孔深度为13～15 m，平均超深2.4 m，在爆区靠东侧区域，岩性出现明显变化，该处含有少量混合矿，设计的孔网参数为10 m×6 m。由于爆区规模较大，且爆区后侧已揭露的台阶岩性为碳质板岩，相较其他部位来说较不稳定。为减少单次起爆的最大药量，有效降低爆破振动，确保采场边坡稳定，爆区设计采用高精度逐孔起爆技术进行爆破。该区爆破采用连续装药结构，初步设计为：①孔深13 m区域底部装药650 kg，填塞高度6.5 m；②孔深15 m区域底部装药800 kg，填塞高度7 m；③孔深16 m区域底部装药950 kg，填塞高度6.5 m(图1)。

图1 爆区装药结构示意

2 爆破振动监测分析

本研究选择由TCS-B3型三轴振动速度传感器、低噪声屏蔽信号电缆和TC-4850N型无线网络测振仪组成的监测系统对爆区爆破振动进行监测。测点布置如图2所示，测点参数见表1。

图2 测点布置位置

测点编号仪器编号传感器编号测点与爆区中心的距离/m传感器位置坐标/mXYZ1#TM1601019333002925180112 378.30745 216.4401 599.0682#TM1601019336002885290112 377.21244 998.0071 586.9923#TM1601019335002988345112 291.65245 557.9851 611.9554#TM1601018303002875420112 326.84145 626.4011 621.837

爆破振动现场监测于2018年4月19日进行，共监测了1炮次。此次爆破地震波的主要参数取值为：质点峰值振动速度为1.018 9～2.736 9 cm/s；主频率为8.4～20.5 Hz；质点振动持续时间为 0.848 2～2.744 4 s。监测表明：①在距离爆心180 m处(1#测点)监测到的地面质点峰值振动速度为1.018 9～1.672 2 cm/s，实测最大质点峰值振动速度为1.672 2 cm/s，主频率为11.7 Hz；②在距离爆心290 m处(2#测点)监测到的地面质点峰值振动速度为2.361 9～2.709 7 cm/s，实测最大质点峰值振动速度为2.709 7 cm/s，主频率为17.9 Hz；③在距离爆心345 m测点处(3#测点)监测到的地面质点峰值振动速度为1.418 7～2.736 9 cm/s，实测最大质点峰值振动速度为2.736 9 7 cm/s，主频率为11.1 Hz；④距离爆心420 m处(4#测点)监测到的地面质点峰值振动速度为1.276 3～1.552 0 m/s，实测最大质点峰值振动速度为1.552 0 cm/s，主频率为9.9 Hz。上述所有测点的峰值振动速度均小于安全允许振速8.0 cm/s[4]，故可以认为东采场1536段大规模爆破施工不会对边坡造成损坏性影响(如坡体开裂、坡面原有裂隙扩张、延伸及出现新裂缝等)；所有监测点的主频率为8.4～20.5 Hz，爆破振动频率大于边坡固有频率(边坡的固有频率一般小于3 Hz)，爆破振动不可能与边坡发生共振，因而边坡也就不会因共振而出现裂缝。

根据矿区难爆区和易爆区的爆破振动测试结果，通过萨道夫斯基公式对监测数据进行了回归计算，得出K、α的值。该公式可表示为[4-7]

式中，V为质点爆破振动速度峰值，cm/s；K为与爆破场地地质、爆破方法等因素有关的系数，难爆破区取122.084，易爆区取170.672；α为与地质条件有关的地震波衰减指数，难爆区取1.403，易爆区取1.462；Q为与V相对应的最大一段起爆药量，kg；R为测点与爆心的直线距离，m。

本研究爆区属易爆区，Q=800 kg，K=170.762，α=1.462，各测点爆破振动速度峰值计算结果见表2。分析表2可知：尽管本研究计算出的测点爆破振动速度峰值与实测值有一定的出入，但均小于《爆破安全规程》(GB 6722—2014)[4]对一般民用建筑物规定的安全允许振速(8.0～12 cm/s)，表明本研究爆破作业不会对爆区周边边坡及建(构)筑物造成影响。

表2 各测点处的爆破振动速度峰值

3 结 语

通过对某采区大规模爆破施工过程中的爆破振动进行了监测，讨论了爆区作业对矿区边坡及周边建筑物的影响。结果表明：爆区所有测点的峰值振动速度均小于安全允许振速8.0cm/s，爆破振动主频率最小为8.4Hz，最大为20.5Hz，爆破振动不会对周围边坡及建(构)筑物产生破坏。