夹皮沟矿业公司深井开采巷道围岩爆破振动监测

吴清明 曹敏

摘要：为及时发现深井开采可能诱发的地压灾害和安全管理问题，针对夹皮沟矿业公司二道沟矿深井开采实际，采用L20型爆破测振仪对-1 410 m中段主运输巷道掘进过程中的爆破震动波进行实时监测与数据分析，获得了深井高应力巷道掘进中的爆破振动特征和传播规律。巷道掘进过程中爆破震动波沿巷道竖直方向的速度衰减最大，沿巷道径向的速度衰减最小;爆破振动频率为150～400 Hz，频率较高，频率范围较宽，属于高频振动，频率对振动破坏影响较小。监测结果为矿山巷道爆破参数优化和长期稳定性分析提供了重要技术支撑，可为同类矿山提供借鉴。

关键词：深井开采;巷道掘进;爆破振动;振动监测;爆破规律

中图分类号：TD235文献标志码：A开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

文章编号：1001-1277（2021）04-0040-04doi：10.11792/hj20210408

引 言

深井高應力硬岩在开挖后岩体应力集中程度较浅部更为剧烈，在此条件下巷道掘进产生的爆破地震势必对巷道的稳定性产生较大影响，进而潜在危及矿山的安全生产和工人的身心健康。爆破振动监测以控制爆破地震和冲击危害，防止和减小爆破地震对结构体的破坏为目的，通过分析获取爆破震动波的波形特征和传播规律，研究揭示其对建（构）筑物的影响和破坏机理[1]。对爆破震动波传播造成影响的因素较多，如地质条件、爆破条件和矿岩赋存深度等[2]。

为及时发现深井开采可能诱发的地压灾害和安全管理问题，准确掌握中国黄金集团夹皮沟矿业有限公司（下称“夹皮沟矿业公司”）二道沟矿深井巷道的爆破振动特征，以-1 410 m中段新盲竖井相关工程的安全施工为研究背景，通过现场布点和安装调试测振仪，对巷道掘进爆破中距离巷道底板不同测点的爆破振动速度、频率进行实时监测，分析其爆破震动波频率、振动频谱及振动持续时间特征，为二道沟矿爆破参数优化和巷道稳定性分析提供技术支撑。

1 工程概况

夹皮沟矿业公司隶属于中国黄金集团有限公司，是国家黄金生产重要矿山之一，矿山开采历史悠久。其下有二道沟矿、北沟矿、三道岔矿、八家子矿等坑口，目前开采深度超千米坑口有二道沟矿、北沟矿和三道岔矿。其中，二道沟矿地表标高650 m左右，开采深度已超过1 500 m，属典型深井开采矿山。

为加快向深部中段转移，保证矿石量持续供应，二道沟矿新盲竖井由-1 410 m中段向下继续延伸，井筒位于1#勘探线。井筒延伸前，主要进行车场、卷扬硐室、卷扬配电硐室及天轮井的施工。为有效控制爆破地震冲击和振动危害，保护新盲竖井相关工程的安全稳定性，本次研究选择在与车场连接的运输巷道掘进过程中同步开展爆破测振试验，具体位置见图1。此外，监测点的位置应尽量避开隔空区，爆破震动波在爆源至测点之间传播路径为岩体介质;遵循尽可能同一直线上布点原则，测线上的布点相对爆源由远及近间距减小，方便进行线性回归分析，布点3～5个;传感器保持水平，x方向指向爆心。

2 爆破振动测试

2.1 测试仪器

L20型爆破测振仪是爆破施工专用的振动监测设备，符合ISEE国际爆破工程师协会对爆破振动测试仪的要求。L20型爆破测振仪由硬件和软件2部分构成，硬件负责现场振动信号的采集，软件承担测试数据的分析和成果输出，其工作流程见图2。经过对在同一测线上的多个布点实测数据的分析，便能计算出爆破点与监测点间的地形、地质条件相关系数（K）和衰减指数（α），继而可计算爆破地震安全距离。

2.2 测试依据

1）GB 6722—2014 《爆破安全规程》。

2）DL/T 5333—2005 《水电水利工程爆破安全监测规程》。

3）GB/T 14124—2009 《机械振动与冲击 建筑物的振动 振动测量及其对建筑物影响的评价指南》。

4）夹皮沟矿业公司二道沟矿掘进爆破设计。

2021年第4期/第42卷采矿工程采矿工程黄 金

2.3 监测点布置

考虑到本次爆破振动测试的目的是研究巷道掘进爆破振动传播特性，监测点主要布置在平行巷道方向，与爆源呈一条直线，可获得平行巷道轴线（x方向）、垂直巷道侧帮（y方向）和垂直巷道底板（z方向）3个方向爆破震动波传播信息。由于爆破测振仪数量限制，试验分2次进行，每次在沿巷道方向布置3个监测点，第一次监测点与爆源距离为25 m、50 m、75 m，第二次监测点与爆源距离为35 m、60 m、92 m。爆破振动监测点布置见图3，传感器布置在巷道底板与侧帮相交处。

2.4 仪器安装

为了得到可靠的爆破振动信息，传感器必须与监测点处岩体牢固地结合在一起，否则易造成传感器松动、滑动，信号失真。本次测试采用高强度的速凝石膏作为粘结剂，将传感器粘固在待测岩体表面，调整水平气泡，并且x方向指向爆源，同时连接采集仪与传感器间的连线，安装结束后，用手轻击传感器，检查设备运行状态。在巷道掘进爆破前打开监测设备，进入采集模式。

3 测试结果及分析

3.1 爆破振动传播规律

爆破震动波的强度随时间变化而变化，是时间的函数，本次测试所得的典型爆破震动波形图见图4，每个监测点获得3个正交分量，即巷道轴向（x方向）、巷道径向（y方向）及竖直方向（z方向）岩体质点峰值振速，通过爆心距与监测点振动速度的变化，可获得相应的井巷掘进爆破振动传播规律。

利用BVA-L20爆破振动测试软件对测得的数据整理计算，获得了不同方向的峰值振速，结果见表1。

根据夹皮沟矿业公司二道沟矿深部井巷掘进爆破振动测试数据和装药量，采用萨道夫斯基经验公式对测试结果进行线性回归分析，得出x、y、z 3个方向的K、α值，从而得到3个方向上的爆破振动强度预

測模型[3]，分别为：

vx=154.863QR1.435 9（1）

vy=93.8873QR1.241 8（2）

vz=168.863QR1.445 1（3）

式中：v为介质质点振动速度（cm/s）;Q为最大单段炸药量（kg）;R为爆心距（m）。

由巷道掘进爆破振动传播规律可知，巷道垂向vz=1.445 1 cm/s，巷道轴向vx=1.435 9 cm/s，巷道径向vy=1.241 8 cm/s，所以vz>vx>vy。巷道掘进爆破产生的震动波沿巷道竖直方向速度衰减最大，沿巷道径向的速度衰减最小。深部巷道围岩所受地应力较大，巷道破坏除地应力作用之外，采掘爆破振动对其稳定性也有一定危害。

3.2 爆破振动频谱

爆破震动波频率随时间而变化，以最大振幅处相邻的2个波峰或波谷之间的时间间隔为周期T，其倒数为爆破震动波主振频率。夹皮沟矿业公司二道沟矿深部井巷掘进爆破震动波的主振频率见表2。

由表2可知，-1 410 m中段巷道掘进爆破震动波主振频率为100～300 Hz，少数达到300 Hz以上。根据GB 6722—2014 《爆破安全规程》的规定，处于该种爆破主振频率工况时，-1 410 m中段巷道掘进爆破速度远远低于安全振动速度。

爆破震动波属于随机信号，可通过测试信号的傅里叶变换得出振动信号的频率范围，即频谱，幅值最大的频率为主要频率，也叫基频，它反映信号中起主要作用的成分[4]。

将-1 410 m中段井巷爆破振动信号进行傅里叶变换，得到相应频谱分析图，见图5～7。经统计，爆破振动的主要频率为150～400 Hz，同样远高于矿山巷道的固有频率。

频率亦是影响振动破坏的主要因素之一。在相同振动强度下，频率越低破坏能量就越大。建（构）筑物的自振频率一般为几Hz左右，频率低时更容易形成共振，破坏性更大[5-6]。而夹皮沟矿业公司二道沟矿-1 410 m中段巷道掘进爆破振动频率较高，频率范围较宽，属于高频振动，频率对振动破坏影响较小。

3.3 爆破振动持续时间

评价爆破振动对巷道等构筑物的危害，除用振动强度（速度、加速度或位移）和振动频率作为破坏判据外，还应考虑爆破振动的持续时间对其的累积破坏作用。虽然GB 6722—2014 《爆破安全规程》对于一次爆破振动的持续时间并没有明确规定，但在相同振动强度下，持续时间越长则破坏力越大。

夹皮沟矿业公司二道沟矿-1 410 m中段巷道掘进爆破振动持续时间为8.3 s，轴向、横向及垂向持续时间均较为接近。为减小爆破振动持续时间对周边巷道的影响，建议改用毫秒微差爆破进行深部巷道掘进，从而减小每次爆破对高应力岩体造成的疲劳损伤。

4 结 论

1）夹皮沟矿业公司二道沟矿-1 410 m中段深井高应力巷道掘进爆破产生的震动波沿巷道竖直方向速度衰减最大，沿巷道径向的速度衰减最小。

2）夹皮沟矿业公司二道沟矿-1 410 m中段巷道掘进爆破振动的主振频率为150～400 Hz，远高于矿山巷道的固有频率。频率较高，频率范围较宽，属于高频振动，频率对振动破坏影响较小。

3）夹皮沟矿业公司二道沟矿-1 410 m中段巷道掘进爆破振动持续时间为8.3 s，轴向、横向及垂向持续时间均较为接近，建议改用毫秒微差爆破进行深部巷道掘进。

[参 考 文 献]

[1]王玉杰.爆破工程[M].武汉：武汉理工大学出版社，2007.

[2]田园，董英健.地下巷道在爆破振动作用下的动态响应特征研究[J].爆破器材，2019（6）：60-64.

[3]史秀志，田建军，王怀勇.冬瓜山矿爆破振动测试数据回归与时频分析[J].爆破，2008，25（2）：77-81.

[4]李华，田益琳，张树伟.研山铁矿爆破振动分析与研究[J].现代矿业，2019（6）：115-117，126.

[5]张剑兴，李继业，蒲朝钦，等.隧道爆破参数优化及振动效应研究[J].采矿技术，2018，18（4）：104-105，111.

[6]刘凯，杨帆，韩飞，等.爆破振动监测在洞室爆破开挖中的应用[J].东北水利水电，2019（9）：41-46.

Monitoring of blasting vibration of surrounding rock

in deep mining roadway of Jiapigou mining company

Wu Qingming，Cao Min

（China Gold Group Jiapigou Mining Co.，Ltd.）

Abstract：In order to find out possible ground pressure disasters and safety management problems caused by deep mining in time，in view of the practice of deep mining in Erdaogou Mine of Jiapigou mining company，the L20 blasting vibrometer is used to monitor and analyze the blasting vibration wave in the excavation process of the main transportation roadway on the level of -1 410 m，and the characteristics and propagation law of blasting vibration in the excavation process of high stress roadway in deep mines are obtained.In the process of roadway excavation，the velocity attenua tion of blasting vibration wave along the vertical direction of the roadway is the largest，and the velocity attenuation along theradial direction of the roadway is the smallest; the blasting vibration frequencyis 150-400 Hz，the frequencyis high，and the frequency range is wide，which belongs to high frequency vibration，and the frequency has little influence on the vibration damage.The monitoring results provide important technical support for mine roadway blasting parameter optimization and long term stability analysis，and can be used as a reference for similar mines.

Keywords：deep mining;roadway excavation;blasting vibration;vibration monitoring;blasting law