紫金山金铜矿竖井掘进爆破震动测试与分析

张志飞

（江西理工大学资源与环境工程学院，江西 赣州 341000）

紫金山金铜矿竖井掘进爆破震动测试与分析

张志飞

（江西理工大学资源与环境工程学院，江西 赣州 341000）

为探测竖井掘进爆破对邻近建筑物稳定性可能造成的影响，采用NUBOX-6016爆破振动智能监测仪对现场进行爆破震动测试并分析实测数据，获得了爆破震动衰减规律公式，同时确定了允许的最大振速和最大段装药量，为方案的实施提供科学依据.

竖井掘进；爆破震动；振动速度；最大段药量

0 引 言

矿山的生产爆破作业不仅会引起地下矿山巷道、采场的破坏，也会对地表矿区边坡和建筑物的稳定性产生影响.频繁的爆破容易引起岩体的疲劳而导致岩体的载荷强度降低，而且爆破还会对岩体直接造成破坏，因此，生产爆破是影响岩体稳定的一项重要的因素.紫金山金铜矿一天门活动中心626-518排洪竖井掘进工程由温州井巷工程有限公司施工，该排洪竖井工程施工断面直径为3.6 m，支护厚度为30 cm，成孔直径为3.0 m.由于626-518排洪竖井与一天门活动中心大楼较近，距离为10 m左右，其平面布置图如图1所示，在掘进爆破过程中产生的爆破震动对周围建筑物影响较大，为确保一天门建筑物的稳定安全.紫金山金铜矿露天采矿厂委托紫金矿冶设计研究院采矿工程研究所对一天门建筑物进行了爆破震动测试，以探测爆破震动的强度及影响范围，掌握爆破震动规律，为矿山的安全生产与现场施工提供科学理论依据，同时，对类似矿山的生产爆破作业有重要的指导和借鉴作用[1].

1 爆破震动测试系统与测试方法

1.1 测试系统

为了使测试结果能够真实反映实际情况，必须合理地选择测试系统.测试系统的选择应根据施工现场的地质条件和爆破参数，预测被测信号的幅值、频率范围，一般而言，测试系统的最大幅值应高于被测信号最大预测值的20%，最大频率应大于10倍以上被测信号最大预估频率.通过调查比较各爆破震动测振仪，最终选取由四川拓普测控科技有限公司生产的NUBOX-6016型爆破震动智能监测仪及配套的TP3V-4.5型传感器和BM View爆破震动专用分析软件与便携式笔记本电脑组成的现场爆破震动测试系统.通过NUBOX-6016型监测仪对现场进行常规的震动信号数据采集工作，进而得到爆破震动数据，然后通过设备上的LAN、RS232接口和计算机通信、传送数据，并通过配套的BM View爆破震动专用分析软件实现对设备的控制、参数设置、波形显示、数据读取等功能，以及在此基础上根据萨道夫斯基经验公式进行爆破震动的专业分析、统计、管理.该测试系统如图2所示[2].

1.2 测试方法

1.2.1 测点布置与埋设

为观测到不同的爆破振速值,在离爆心位置由近至远均布置了测点.每次测试布置3～4个点，在3次测试中共布置了10个测试点，分别是：在建筑物外布置4个点和建筑物内布置6个点.测点埋设时应注意不受周边机械设备的影响，用生石膏将传感器固定于较稳固平坦的地表.由于该测试适用的传感器为TP3V-4.5型，既可以同时测出震动在竖向、切向和径向3个方向的振动速度，因此在埋设传感器时应保证仪器上x轴沿爆源向测点方向的径向方向、y轴垂直于径向的切向方向和z轴垂直于xy平面的水准气泡居中.

1.2.2 选定测量参数

影响爆破震动破坏判据的因素是多方面的，迄今为止没有统一的标准.根据大量的试验观测表明，爆破震动破坏程度与振动速度的大小有比较密切的关系，也就是说爆破震动强度越大，介质的质点振动速度越大，当振速超过某一值时，建筑物稳定性就受到破坏，所以在实际工作中，大多采用质点振动速度作为判断依据.因此，本次测试也采用振速作为爆破震动破坏的判断依据.

2 测试结果与分析

通过对紫金山金铜矿一天门活动中心626-518排洪竖井掘进爆破的3次爆破震动监测后，共获得10组观测数据，各测点的实测数据见表1.

表1 测试结果记录

2.1 爆破震动衰减规律

由于爆破震动衰减规律主要通过介质质点振动速度峰值、最大段装药量和爆源与测点距离的变化关系来体现.比如振动速度会随炸药量的增加而增大，随爆源与测点距离的增加而减小.这一规律可以用萨道夫斯基经验公式表示：.其中： υ 为质点振速，/（cm·s-1）； Q 为最大段药量，/kg；R为爆心到测点的距离，/m；k为与介质性质、爆破方式有关的系数；α为与传播途径和地质地形等因素有关的衰减指数；ρ为比例药量，

根据此次各测点的实测振动数据 (见表1)，对所测数据进行处理后,去掉几个离散性较大的数据，再进行线性回归分析 （如图3）,得k、α的回归值为147.670和2.199，系数R=0.955.所以,对于紫金山金铜矿竖井掘进爆破引起的爆破震动衰减规律为:

图3 lnp与lnv关系图

2.2 频谱分析

作为爆破震动破坏的另一重要判据-主频率.大量爆破震动测试试验研究表明,建筑物的受震破坏并不唯一取决于振动速度,还与震动频率有关.主频率是指最大振幅所对应的频率,它随药量、起爆方法及地质情况的变化而不同，而且当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.通过频谱分析对药量的确定、爆破方式的选择及其他参量的计算提供参考.从表1可以看到,紫金山金铜矿竖井掘进爆破振动频率基本位于50～120 Hz之间,属于高频波.而建筑物的自振频率一般情况下都小于10 Hz,所以爆破引起的高频振动不会引起建筑物的共振,也就不会对建筑物造成危害[3-8].

3 爆破震动参数的确定

3.1 允许的最大振动速度

根据国家《爆破安全规程》规定：一般建筑物和构筑物的爆破震动安全性应满足安全振动速度要求.主要类型的建筑物地面质点的安全振速规定见表2.

表2 爆破震动安全允许标准

通过对建筑物资料调查表明，该处建筑物属一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物，同时考虑到建筑物使用年限及其他质量方面的原因，为确保安全，取最大允许振速υ=2 cm/s[9-12].

3.2 允许的最大段装药量

根据萨道夫斯基经验公式及上述确定的最大振速可计算最大段允许装药量:

当υ=2 cm/s时，最大段装药量Qmax=6.3 kg.

4 结 论

（1）实测数据表明，爆破震动中介质在竖向的振速要比径向和切向的振速更大.

（2）随着竖井的向下掘进，深度不断增加，在其他爆破条件相同的情况下，各测点的振速下降，对建筑物的影响越小.

（3）根据建筑物结构资料及《爆破安全规程》的规定，确定了最大振速为2 cm/s.

（4）由计算所得的爆破震动衰减规律可知：通过公式可求得爆破允许的最大段装药量.

[1]李瑞祥.紫金山金铜矿一天门活动中心626-518排洪竖井掘进爆破震动对建筑物的影响测试报告[R].上杭：紫金矿冶设计研究院，2011.

[2]陈俊庆.安托山深孔爆破震动测试与分析[J].工程爆破，2004,10(2):70-72.

[3]郭 勇.爆破震动测试技术在金属矿山的应用与研究[J].有色矿冶，2005，21(1):7-11.

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[5]龚亚丽.爆破引起的地面振动及其衰减规律[D].泰安:山东矿业学院,1982.

[6]陈述云，黄德镛.临近房屋山坡露天采矿爆破震动监测与控制研究[J].云南冶金，2011,40(1):17-20.

[7]张华其,张松新,周华杰,等.爆破震动对周边建筑物的影响[J].爆破,2007,24(2):98-101.

[8]吴克刚,邱进芬,谢 鹏.爆破地震危害及爆破震动测试[J].采矿技术,2009,122(5):115-116.

[9]GB6722-2003，爆破安全规程[S].

[10]郑 晓，李万斌，周益龙.紫金东坪金矿的爆破震动测试与研究[J].采矿技术,2010,10(4):121-123.

[11]徐学勇，汪 稔，孟庆山，等.深厚淤泥爆破挤淤震动效应测试与控制技术[J].岩土力学,2008,29(12):3257-3260.

[12]裴来政.金堆城露天矿高边坡爆破震动监测与分析[J].爆破，2006，23（4）:82-85.

Testing and analysis of shaft excavation vibration blasting in Zijingshan gold and copper mine

ZHANG Zhi-fei

（School of Resources and Environmental Engineering,Jiangxi University of Science and Technology,Ganzhou 341000,China）

This paper studies the blasting vibration attenuation formula by analyzing the measured data from NUBOX-6016 intelligent blast vibration monitor.The maximum vibration speed and maximum dose segment are determined.

shaft excavation;blasting vibration;vibration speed;maximum dose segment

TD235.4

A

1674-9669（2012）01-0078-03

2011-11-12

福建紫金矿业集团公司科技项目（ZJKY2011（B）YB19（Y））

张志飞（1986- ），男，硕士研究生，主要从事采矿工程技术方面的研究，E-mail：zztf20091016@126.com.