近城镇矿山爆破振动与环境振动相关性研究

张书荣 陈能革 唐阿敏 杨 剑

（1.安徽马钢矿业资源集团桃冲矿业有限公司；2.安徽马钢矿业资源集团有限公司）

矿山爆破危害一直是制约矿山高效生产的不利因素，其中尤以爆破振动危害最大。然而以往的研究重点主要集中在爆破振动对建（构）筑物安全性影响及控制方面［1-3］，忽略了爆破振动的环境效应，即以人在振动环境下的感受和心理承受能力为出发点，判断振动对环境的危害程度。随着人们的环保意识和维权意识的不断增强，以环境振动危害为诉求的案例逐渐增多，成为制约矿山生产的新因素。1990年，国家环境保护局颁布了《城市区域环境振动标准》（GB 10070—88）［4］，该标准明确了城市区域范围内各种环境振动所允许的范围，成为指导城市区域范围内环境振动控制的权威依据。因此，矿山爆破危害控制中，爆破振动的环境效应逐渐受到重视。

环境振动是爆破振动的另外一种表现形式。环境振动表现为位移幅值从千分之几微米到几微米，频带为0.1~100 HZ。环境振动对人体的影响与振动的加速度有效值、频率特性、作用时间、振动方向和部位等因素有关。张婧等［5］对地铁运动造成的环境振动进行了探究，通过数值模拟和分析比较的手段得出了可以在室内铺设减振垫，来降低环境振动的影响；杜阳阳［6］根据环境振动下的人体动力特性，结合数学方法，建立起了环境振动下人体舒适度评价模型；武志刚等［7］对某拱坝泄洪和非泄洪时的环境振动进行了监测和分析，结果表明环境振动幅值在时空分布上具有一定的随机性，不泄洪时的环境振动显著小于泄洪时。

某露天矿山地理位置复杂，紧邻城镇，且矿区附近分布有数个自然村、学校等对环境要求较高的对象。长期以来，矿山高度重视矿区附近爆破振动危害的控制，但仍不时有居民反映爆破振动较大，影响了居民的正常生产生活。为了探究矿山爆破作业在矿区附近产生的爆破振动和环境振动的实际情况，选择3个敏感测点，进行了6炮次的双振动监测。同时利用数据归一化处理的方法，根据双振动监测结果对爆破振动和环境振动的相关性进行了初步探究。

1 双振动测试

1.1 监测点选择

矿区周边村庄分布星罗棋布，无法进行全覆盖监测。本次监测选择距矿区较近的、对爆破振动危害反映较强烈的2个居民点（1#和2#）和矿区办公楼共3个测点进行监测。各测点距采区距离及方位见表1。

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1.2 监测仪器选择

根据《环境振动监测技术规范》（HJ 918—2017）［8］的规定，环境振动监测仪器应满足：①拾振器电压灵敏度应大于400 mV/g；②仪器的测量下限应不高于50 dB，测量上限应不低于100 dB；③测量应包含等效连续Z振级、最大Z振级、累积百分Z振级等。本次监测选择AWA6256B+型环境振动分析仪进行监测。

爆破振动监测仪器选择范围较多，本次监测选用矿山自有经过标定的TC 3850型爆破振动记录仪。考虑到矿区办公楼测点距采区较远，触发值设置为0.05 cm/s。

1.3 监测仪器布设

爆破振动监测仪与环境振动监测仪的安装方式类似，将拾振器平稳地放在混凝土地面上，用石膏粉将两者粘结牢固，再连接传输数据线，完成布设（图1）。

2 监测结果与分析

2.1 监测结果

本次共监测6炮次，测得有效数据32组，见表2。

注：“—”表示仪器未触发。

典型监测结果见图2~图3。图2为第5炮次中2#居民点环境振动强度监测结果，图3为第6炮次中1#居民点爆破振动强度监测结果。

2.2 标准选择

根据《城市区域环境振动标准》（GB 10070—88）的相关规定，矿区办公楼、1#居民点、2#居民点均属于“居民、文教区”一类，该类城市区域范围内允许的最大环境振动值为80 dB。

根据《爆破安全规程》（GB6722—2014）［9］的相关规定，矿区办公楼、1#居民点、2#居民点的主要建（构）筑物均为“一般民用建筑物”，其允许的爆破振动范围为1.5~2.0 cm/s（f≤10 Hz）、2.0~2.5 cm/s（10 Hz＜f≤50 Hz）、2.5~3.0 cm/s（f＞50 Hz）。

2.3 结果分析

参照各测点处允许的爆破振动和环境振动标准，结合表2的监测结果可以发现，目前矿山生产爆破在各测点处产生的爆破振动均符合标准要求，且远小于临界值。然而矿山生产爆破在各测点处产生的环境振动值较大，部分数据接近或略超出临界值。居民主要依靠个体感觉判断振动大小，对应的是环境振动，这就合理解释了矿山爆破振动控制效果较好，然而居民仍有不适反应的现象。因此，在以后的矿山生产过程中，应充分重视对环境振动的控制。

3 双振动相关性研究

爆破振动与环境振动本质上是同一种能量的2种不同表现形式。爆破振动主要关注建（构）筑物在爆破振动影响下的安全性，而环境振动主要研究振动环境中人体的感受和舒适性。两者执行的标准也不相同。爆破振动执行的是《爆破安全规程》（GB 6722—2014），而环境振动则以《城市区域环境振动标准》（GB 10070—88）为指导标准。以往的研究中，往往将二者分别考察、独立研究。但是，从本质上来说，爆破振动和环境振动同是由爆破作业引起的，二者之间理应存在一定的关系。以此为出发点，对1#居民点和2#居民点处爆破振动和环境振动的数据进行相关性研究。

3.1 数据处理

由于爆破振动和环境振动的单位不一致，无法直接进行分析，首先需要对所有数据进行归一化处理，即通过数学方法，消除数据之间的量纲差异，以便能够将不同量纲的数据进行相关性分析［10-11］。常用的数据归一化处理方式有Min-max标准化、Zscore标准化等，根据待处理的数据特征，选择使用Zscore对监测数据进行处理。

Z-score标准化是以原始数据组的均值和标准差为基础，对数据进行处理，处理后的数据符合标准正态分布。其处理函数为

使用处理函数对数据进行处理后的结果见表3。

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3.2 数据分析

经过标准化处理后的数据可以直接进行相关性分析。2个测点经过Z-score标准化处理后的数据相关性图见图4。

由图4可以看出，爆破振动与环境振动的变化趋势相当一致，亦步亦趋，可以得出二者呈正相关的基本结论。但是由于环境振动相关研究的缺失，加之影响环境振动的因素众多，环境振动与爆破振动之间的壁垒较深，目前尚无法具体分析环境振动与爆破振动之间的具体关系。只能得出二者呈正相关的基本结论。虽然二者的具体关系目前尚无法探明，但从二者正相关这一基本点出发，可以推断出目前常用的控制爆破振动的方法（如减小药量等）也可以在一定程度上控制环境振动，有针对性的、高效地环境振动控制方法尚需进一步研究。

4 结 论

（1）爆破振动与环境振动的适用标准不同，邻近城市区域的矿山不能忽视对环境振动危害的控制。

（2）爆破振动与环境振动基本呈正相关关系，但二者的具体关系需要进一步研究。

（3）控制爆破振动的基本方法同样适用于控制环境振动，但缺乏针对性，环境振动的高效控制方法应进行专门研究。