露天深孔松动爆破的减振研究

薛振举

（山西省孝义市煤管局，山西 孝义 032300）

露天深孔松动爆破的减振研究

薛振举

（山西省孝义市煤管局，山西 孝义 032300）

爆破是露天开采的重要工艺,露天深孔爆破是其生产能力大小的重要因素。爆破的有害效应是对周围介质的影响。文章结合山西灵石露天采场的爆破作业，阐述复杂爆破条件下爆破孔网的布置、合理微差时间的确定、爆破效果分析、减震措施方案，为露天开采工程的安全施工提供参考。

露天开采；微差时间；危害效应；爆破减震

随着露天开采高程的降低和范围的增大，开采区距居民区越来越近，爆破时的振动、噪声、粉尘等危害影响了周边居民的正常生活；特别是爆破震动对周围建（构）筑物及采场高边坡的影响，已经成为矿山关注的焦点。为了减少爆破振动及其危害，爆破过程中采用了微差毫秒起爆、改善装药结构、增大自由面、控制最大装药量等技术；并采用了合理的爆破参数，控制边坡的稳定性，保证采场中重要建筑物的安全；充分利用地形的自然条件，优选最小抵抗线和起爆顺序，控制破碎岩体移动方向，严格控制爆破飞石飞散距离[1，2]。由于深孔台阶爆破易于实现施工综合机械化，有利于加快施工速度和提高工程质量，而且一次爆破量大，减少了炸药用量，降低了工程成本；故在矿山、水利、公路、港口、铁道等领域广泛应用。

1 工程概况

山西灵石露天采场是大型的山坡型露天矿山，年采剥总量达80万t，该矿地质条件复杂，岩石节理、裂隙发育，爆破条件很差。矿石、岩石多为页岩、砂质页岩、砂岩，坚固性系数6～8，不风化，中间夹杂有黏土等。采场台阶高度13m，台阶坡面角一般70°。鉴于多孔粒状铵油炸药的成本低、安全性高，采用多孔粒状铵油炸药，现场混装、人工装药。因本挖方量大、且石质为弱风化大理岩，为保证施工工期，采用大型机械化施工，钻孔设备采用英格索兰635液压全自动潜孔钻机2台，风动潜孔钻机2台，12m3空压机2台，3m3空压机3台。

2 爆区布孔方案（见图1）

图1 爆区炮孔布置简图

采用多段微差爆破，第一排的1～2个孔首先起爆，为其相邻炮孔增加了一个侧自由面，即先爆的炮孔为后爆的炮孔增加了一个新自由面，而先、后爆破的炮孔的正面抵抗线都不变，均为W值；在第二排以后的炮孔爆破时，除每一排的第一响炮孔只有一个自由面外，其它炮孔均有两个新自由面；从开始微差后，均是前排为后排创造自由面，而且每排各孔的正面抵抗线均相等[2，3，4]。此次爆破起爆点位于爆区西侧，共一个台阶面，炮孔均深12.5m，炮孔孔距6m，排距5m。爆破均用双回路网路，孔内9段毫秒延期雷管延期，孔外排与排间采用3段毫秒延期雷管延期，采用8号电雷管引爆，爆破一次起爆完成。爆区炮眼总数120个，单孔装药95kg，单排单段装药总量最大值为3800kg（第一、二排），使用炸药量7t左右。

3 爆破振动监测

露天爆破危害效应包括：地震波、爆破飞石、空气冲击波[3，5，6]。随着露天开采深度的逐步增大，爆破开采时的地震效应对露天边坡的稳定性影响越来越大；因此很有必要寻找爆破振动强度的监测方法，对边坡处的质点振动速度进行监测，以便及时调整爆破参数防止边坡滑坡。

本次的测试仪器选用UBOX-5016爆破振动智能检测仪及配套的水平、垂直速度传感器；测试系统具有量程大、通频带范围广的特点，能满足测量要求和适应野外测试条件。测试中布置测点的台阶表层堆积有岩碴，且部分岩石存在风化层。确定测点的位置后，测点处需先清除表层岩碴及风化层，后在清理后的基岩表层浇筑石膏固定传感器，为使传感器安装牢固、达到测试数据准确的目的，要待石膏完全凝固后开始测试工作。传感器的安装步骤:现场配制速凝剂，在石膏中加入适量水搅拌，即可配制成测试所需的速凝剂;将用水搅拌后的石膏铺在清理干净的基岩上，然后将速度传感器通过石膏粘在基岩上。见图2，本次爆破沿爆区横向和纵向共布置6个振动监测点，其中横向布置3个监测点，编号为2号、3号、4号，其中2号点距爆区中心约144m，3号点距爆区201m，3号点距爆区225m，横向存在一个长度为35m的天然沟渠。纵向在3个台阶面布置3个测点，编号为5号、6号、7号，其中5号点距爆区约27m，台阶高度10m；6号点距爆区48m，台阶高度17m；7号点距爆区84m，台阶高度28m。四次不同典型爆破的各监测点的数据见表1。

图2 仪器现场布置简

由于采集仪器的灵敏度问题，个别仪器没有准确采集到爆破震动信号，从已有各监测点的数据看出：第一次爆破，在爆区横向，由于天然沟渠的减震作用，3号测点在震动强度三指标上的变化是：质点振动速度明显下降，但振动主频有变大趋势，振动持续时间基本没有变化。4号随着距离的加大逐渐衰减，振动速度迅速衰减，振动主频较同一水平的2号测点，基本无明显变化，持续时间缩短。在爆区纵向，随着台阶高度的加大，6号测点较5号测点爆破强度有所放大，由于边坡的自振频率一般介于10Hz～16Hz范围内，纵向各测点测试振动主频位于12Hz～16Hz，这对于边坡维护是很不利的。在随后的开挖作业中，应不断减小台阶坡度，并减小台阶高度。7号测点主频降低，振动持续时间增长。表明台阶的放大作用有一定的范围，当台阶高度超出该范围后，放大作用随之消失。

表1 各测点监测数据

第2-4次是随后进行的几次典型测试数据，从表1看出爆破震动与天然地震有明显的区别：（1）幅值与衰减不同。爆破震动速度较大，天然地震却小得多；爆破地震波的振动幅值较高，但是由于其频率高和携带的能量小，爆破地震波的衰减很快，天然地震波的衰减相对缓慢得多。（2）频率的不同。爆破地震波的频率较复杂、且较高，一般在0～200Hz范围内，基本上的振动主频大都在7Hz以上；天然地震波频率较低，一般低于4Hz，与建（构）筑物的固有频率较接近或一致，容易发生共振现象，造成建（构）筑物的破坏。（3）持续时间的不同。爆破地震波的持续时间较小，即使是增加雷管的段数和威力，也不会超过数秒；天然地震波的持续时间一般较长，长达数分钟甚至更久。

从爆破三个特征参量的变化，反映或评价爆破震动危害效应时，采用原始的爆破震动峰值质点震动速度，作为衡量爆破震动的唯一指标，在实际工程中是不科学的；因在爆破震动速度降低的同时，震动频率有降低趋势，但有的却没有明显变化，这是由于复杂的岩石物理特性和地质构造造成的，突显出了爆破震动的复杂性。针对四次爆破各测点的监测分析结果，在随后的爆破作业中，应重点采取减振措施、降低爆破主频。为了保证施工安全，提出以下减振措施：（1）限制一次爆破的最大装药量，装药过程中尽量采用不耦合装药或空气间隔装药，在孔底留空气垫层。装药施工时，应特别注意前排炮孔抵抗线，对孔内有水和装药过程中出现的卡孔及堵孔应采取相应措施，确保装药到位，最大限度地充分利用炸药能量破碎岩石。（2）炮区布置应尽可能地将几个分散的爆区连接起来，一次起爆，根据实际情况采取合理的微差时间，将能量的相互作用最大限度地作用于岩石本体。炮孔堵塞时应确保堵塞长度和堵塞质量，防止冲孔和爆破飞散物。（3）充分利用地形地质条件、沟渠、断层等所都有的显著隔震减震作用。（4）除上述减震措施外，还应注意不同建筑物的动力响应也不同，建筑结构对其抗震性能影响很大。在采场内，建筑物的结构应以低建筑物为主，避免高度过高；一般低矮建筑物的抗震性能远好于高大细长的高耸建筑物。

4 结束语

影响露天采场爆破工作的因素有很多，其中主要有:爆区地形地质条件、爆破参数（炸药单耗、底盘抵抗线、孔距、排距、炮孔超深长度）、起爆顺序、炸药性能等。布孔是其中的一项，与其他工序密不可分。在岩石硬度较大的难爆地段，应尽量采用三角形布孔,能使炸药能量分布均匀，还能更好地调整爆破实际密集系数。爆破地震效应主要研究爆破引起的地面运动变化规律及其震动强度对建筑结构的影响等，这是个较复杂的问题、不是单纯的力学问题，它与地学密切相关，属于爆破地震工程学的研究范畴，它受到各种因素的影响；实际工程中，应综合考虑各方面的影响，选取科学有效的减振方法和措施。

[1] 谷俊峰，马海华，吴二辉.露天台阶深孔松动控制爆破在燕山水库的应用[J].河南水利与南水北调，2009，8(5)：1-3.

[2] 于治斌，李坚，高波.露天多段深孔微差爆破孔网参数优化设计[J].爆破，2003，20(2)：24-25.

[3] 董立国.露天采石场中深孔爆破的布孔实践[J].河北煤炭，2009（4）:11-12.

[4] 袁向全.露天深孔爆破中降低大块率的技术措施[J].矿冶，2005，14（1）:13-15.

[5] 王军跃.爆破振动信号叠加法及其在露天矿的应用[D].武汉:武汉理工大学，2007.

[6] 管志强，张中雷，王林桂，冯新华.复杂环境大区露天深孔台阶爆破技术在岙山油库区开挖中的应用[J].爆破，2011，28(2)，64-66.

Vibration Reduction Study in Surfacemine Deep-hole Loose Blasting

XUE Zhen-ju
(Xiaoyi Coal Administration,Xiaoyi Shanxi 032300)

While blasting is an important technique for opencastmining,the deep-hole blasting is an important factor in production.Hazard effect of the blastingmeans the influence on surroundingmedia.Based on the blasting in Lingshi Opencastmining Field,the paper presents blasting borehole and net layout,reasonablemillisecond time,blasting effect,and vibration reductionmeasures under the complex condition,which can be references for safety working of the opencastmining engineering.

opencastmining;millisecond time;hazard effect;vibration reduction in blasting

TD235.4

A

1672-5050（2012）10-0066-03

2012-07-11

薛振举（1959—），男，山西孝义人，大学本科，工程师。从事煤矿技术管理工作。

刘新光