紫金东坪金矿的爆破震动测试与研究

2010-11-17李万斌周益龙

采矿技术 2010年4期

关键词：单段装药量药量

郑晓,李万斌,周益龙

(1.崇礼紫金矿业有限责任公司, 河北张家口市 076350;2.长沙矿山研究院, 湖南长沙 410012)

紫金东坪金矿的爆破震动测试与研究

郑晓1,李万斌1,周益龙2

(1.崇礼紫金矿业有限责任公司, 河北张家口市 076350;2.长沙矿山研究院, 湖南长沙 410012)

东坪金矿与长沙矿山研究就采矿方法和爆破测振进行合作研究,分析了爆破震动对周边居民区及环境的影响及可能造成的危害。通过爆破地震测试和对测试数据的分析,得出了该矿爆破振动的规律及公式,为该矿的爆破设计提供了依据。

爆破地震效应;中深孔爆破;硐室爆破;振动速度

1 概述

崇礼紫金矿业公司前身为东坪金矿,1988年建成150t/d采选综合生产能力,经过扩建,目前生产能力已达2500t/d,是河北省重点黄金矿山之一。矿区分布有80余条含金石英脉群,6个矿带。其中1～70号脉群占全区总储量的90%以上。该脉群单层矿体呈脉状、扁豆状,由浅至深矿脉数量逐渐增多,并雁列平行成群产出。主要矿化集中富集在标高1250～900m区间。70#矿体与顶底板为碱性杂岩,硬度大、稳固性很好。矿体主要赋存于7～31线之间,走向N40°E,走向长600m,倾向NW,倾角20°～42°,控制的倾向斜深820m。矿体连续性好,端部存在分支复合现象。

对于缓倾斜厚大矿体,原设计采用充填法,两步骤回采。因各种原因,矿山采用中深孔空场法回采一步骤10m宽矿柱,20m宽的矿房没有回采。为了回采二步骤采场,崇礼紫金与长沙矿山研究院合作进行采矿方法研究,根据现况,采用分段扇形中深孔侧向崩矿嗣后强制崩落顶板崩落采矿法。盘区试验采场宽度100m,其中包括4个空区采场,3个回采采场。在矿体下盘布置分段平巷,每分段每个采场布置一条出矿进路,在回采采场开凿一条凿岩联络巷到矿体上盘,采场每一分段相隔25m平行矿体走向布置1条凿岩巷到两侧空区采场。在凿岩巷进行扇形中深孔凿岩,以两侧空区采场为自由面进行侧向崩矿,在分段出矿巷和底部结构出矿。在上中段采场直接顶板布置12个放顶硐室,微差一次性起爆崩落采场顶板处理采空区。

矿山井下爆破引起的地震波对矿区地表建筑物、构筑物和附近村庄民房的安全性有一定的影响,特别是在硐室大爆破时,由于总装药量与最大一段药量都比较大,所产生的爆破地震振速也大,爆破震动对周围环境的破坏效应也大。

东坪村距矿区较近,其建筑物一般是毛石房、一般砖瓦房,抗震能力差。矿山回采过程中采用扇形中深孔落矿,嗣后硐室放顶处理空区。一次装药量大,爆破对东坪村的影响较大。其次矿区有一条县旅游公路,公路距井下爆破点的距离较小,政府部门要求爆破震动不能影响公路。为了确定中深孔爆破及硐室爆破不影响东坪村、矿区周围建筑物、道路、行人、车辆安全,矿山与长沙矿山研究院合作进行爆破地震测试研究,建立一套经济方便的爆破地震监测系统,从而优化爆破参数、爆破方式、装药量等。

2 爆破震动现场监测

2.1 监测方案

为了测定爆破地震波对东坪村及矿区建筑物、构筑物的影响,在东坪村及矿区地表布置观测点,观测点的布置遵循以下原则:

(1)地面振动测量能真正测得建筑物所处地面的振动,又要避开建筑施工回填土的影响;

(2)测点布置在稳固的地基上;

(3)建筑物振动测量能反映建筑物、构筑物整体振动和易破坏的部位。

按照以上原则,在矿区和东坪村布置6个观测点,用经纬仪测出观测点的三维坐标,从而可以得到爆心与观测点的距离。

构筑物的破坏程度与质点的振动速度密切相关,因此,爆破地震波测试时通常测试质点的振动速度。矿山购置了成都中科测控有限公司的“3850爆破振动记录仪”,系统硬件包括传感器、振动记录仪、笔记本电脑。

爆破地震波在岩体中传播时,岩体质点的运动是三维的,可分解为互相垂直的3个方向的分量,实际测试过程需要同时测试这3个正交分量,再求其矢量和,以完整描述地震波在岩体中的传播规律。因此每一个测点要求有3个传感器分别测量3个方向的振动速度分量。

2.2 测试方法

用生石膏粉加水调制成浆糊状,将传感器粘结在被测物较为坚实的基座上。在安装过程中,垂直速度传感器应该尽量保持与水平面垂直;水平速度传感器的安装应该与水平面平行,用两只水平传感器分别测量径向、切向的速度。安装径向水平传感器应该水平指向爆心,切向水平速度传感器则与径向垂直并且和地面保持水平。3个传感器应安装在一起,构成一个关于爆心的三维直角坐标系。

3 结果分析

在东坪矿区1304,1264m中段进行中深孔爆破时,在矿区地表进行了多次的现场测量,得到26组数据。采用非电雷管起爆,单段雷管起爆进行6次地震波测试,多段雷管起爆进行10次测试。爆破震动测试结果和波形图显示出相同的规律:

(1)最大爆破震动速度由单段最大药量控制;

(2)不同段间爆破震动波未发生叠加;

(3)爆破振动各方向主频率在14～35Hz左右;

(4)爆破震动波的衰减时间约为60～90ms。在最大单段药量为530kg时,测点的振速只有0.45 cm/s,远少于爆破安全规程的允许值。因此,中深孔微差爆破一般不会产生爆破震动叠加,只要控制单段药量,可以放宽对总药量的限制。

目前对爆破振动预测广泛采用萨道夫斯基公式,但公式里参数与地质结构、岩土性质、地形等因素有关,因此对测得的实际数据用萨道夫斯基公式进行拟合。

计算震动速度的萨道夫斯基公式为:

利用最小二乘法对测得26组数据进行拟合,得到:K=479.76;α=1.94。因此,对于东坪金矿矿区内中深孔爆破引起的爆破振动速度可用式(2)计算:

爆破震动对结构的破坏与频率有关,震动的频率与结构的固有频率相同时容易发生共振,对结构危害最大,因此频谱分析可为装药量和爆破方式的选择、安全距离的计算提供可靠依据。从表1可以看出,同一次爆破,不同方向的主振频率有较大的差异,用3个方向最大分量确定总振幅不一定准确。对构筑物破坏最大的是径向、切向振幅。爆破振动的主频在12.8～34.8Hz之间,频带较窄。土坯房、砖房结构允许的振幅分别为0.7～1.2,2.3～2.8 cm/s。多次地震波测试表明矿区中深孔爆破不会对东坪村的民房产生破坏。

表1 爆破震动测试主频

图1是某次在矿区南山井爆破时测得地震波的波形图,爆破分析图1所示的爆破振动波形图得出,中深孔爆破震动波的衰减时间约为60～90ms。总装药量为1100kg,单段最大装药量为297kg,爆心距测点的距离为183m,测的合成振速为0.703 cm/s。

图1 爆破振动波形

4 工程应用

东坪金矿缓倾斜厚大矿体现采用空场崩落法,为了保证回采的安全,必须强制崩落矿体的顶板处理空区,一般强制崩落顶板采用硐室爆破。为保证放顶爆破对矿区相邻的东坪村不产生破坏性影响及人身安全,必须控制放顶工程的单段药量。经过分析比较决定采用多硐室微差一次性起爆放顶。试验采场放顶工程共设计12个放顶小硐室,放顶爆破没有对地表建筑物产生破坏性的影响。