露天矿山爆破振动测试及分析

乔建军

(中国非金属材料南京矿山工程有限公司，江苏 南京 210016)

1 引言

目前，我国大型露天矿生产多采用中深孔爆破形式，单孔装药量较大，单次起爆药量大，会产生较大的爆破地震效应。当爆破地震波遇到地下或地面的建筑物和构筑物时，将与其发生相互作用，直接威胁到爆区周围建筑物和构筑物的安全［1-2］。因此，控制由爆破地震波对周围环境与设施带来的安全性问题显得尤为重要，其前提必须掌握爆破地震现象的基本规律。针对淮南地区两个采石场现场爆破及矿区地质情况，对爆破振动进行分析研究。

2 工程概况

淮南谢家集区采石场(以下简称为A 采石场)和大通满汉采石场(以下简称为B 采石场)位于淮南地区，为露天开采形式，岩石节理、层理比较发育，且上部有风化。两采石场采用垂直中深孔爆破方式，爆破参数如表1 所示。爆破采用粉状铵油炸药，导爆管雷管、排间微差起爆方式。

表1 两采石场生产爆破参数汇总表

3 爆破振动现场测试

3.1 测点布置

爆破时炸药的部分能量转换为地震波，从爆源以波的形式向外传播，经过介质而达到地表，引起地表的震动，这种震动随着爆心距的增加而减弱［3-4］。测点至爆源的距离从60～180m，各测点间距为20m左右。由于A 采石场测试平台范围较小，测试距离不足，因此实际布置时根据现场地形条件做适当调整，测点布置如图1 所示。爆破振动仪每条测线布置3～5 个测点，每个点均需对垂直、径向和切向三个方向的爆破振动进行测量。

图1 采石场A(左)和采石场B(右)爆破振动测点布置示意图

3.2 现场爆破效果

A 采石场:爆破为加强松动爆破，爆破现场震感明显，爆后岩石前冲，爆堆呈坡状向下延伸，块度较均匀。由于岩石风化，后拉裂隙较多，边坡不稳定。

B 采石场:爆破为抛掷爆破，爆后岩石前冲，块度适中，岩体有裂隙，现场震感强烈。

3.3 爆破测试数据

爆破中利用爆破测振仪进行爆破振动数据监测，数据结果如表2 所示。

由表2 数据可看出，振动测试结果在垂直方向的规律性较好;径向和切向呈先增后减的趋势，且异常数据和消波现象较多，其中特别集中于A-2、B-3 和B -4 三个测点。异常数据和消波现象较多的原因主要有以下几方面:(1)测试现场情况比较复杂，存在小土丘、小沟壑，对测点的布置、地震波的传播以及测试的准确性都有一定的影响;(2)现场泥土、草木和石子相互交错，难以清理，或清理不完全，传感器不能与岩体直接接触，对测试的准确性造成极大影响;(3)石膏未将传感器与岩体很好的粘结，测试准确性降低，使个别点出现异常数据，或无数据;(4)UBX20016爆破振动仪的参数设置不合理，使个别点出现消波现象。

4 爆破振动分析研究

4.1 爆破振动速度分析

爆破振动强度(位移、速度和加速度)的最大值，随着爆心距和炸药量的变化而变化，国内外有众多预测振动强度的经验公式，参照《爆破安全规程实施手册》，采用萨道夫斯基爆破振动经验公式计算最大振速［5-6］:

(1)式中:V 为测点最大质点振动速度(cm/s);K、a 分别为衰减系数和衰减指数;Q 为炸药量(kg)，齐发爆破取总药量，微差爆破为最大一段药量;R 为测点至爆区的距离(m)。

其中、K、a 值的确定与爆破点至测点间的地形、地质条件有关，一般根据现场爆破试验测得的振动速度数据进行回归计算得出［7］。

对于每一组样本数据，V、Q、R 都是确定的，可按照同一次爆破试验中各测点所测数据作为1 个样本组进行回归计算。分别按照表2 中两采石场的数据(失真数据除外)，用Origin 工程绘图软件对实测数据对振动速度的衰减系数K 和衰减指数a 进行回归计算［8］，如图2 所示。

图2 爆破振动参数线性回归计算

经回归计算，可得到采石场A 和采石场B 岩体振动速度的衰减系数和衰减指数，其值列于表3 中。

表3 现场试验爆破地震波的衰减参数

因此，采石场A 和B 的工程地质条件下爆破振动垂直速度衰减规律的回归公式为:

4.2 爆破振动频率分析

依据《爆破安全规程》(GB6722 -2003)可知，地震波频率高，爆破振动允许安全速度限值亦高，即爆破振动对建筑物的潜在危害就越小［9-10］。从表2的数据分析可知，采石场爆破引起的振动频率分布在20～50Hz 范围内，大于一般建筑物结构自振频率(1～10Hz)，不会出现共振现象。

5 结论

通过对淮南地区两采石场的现场爆破振动的测试，对爆破振动速度及频率进行分析研究，主要得到以下几个结论:

(1)爆破地震波的衰减参数分别为:A 采石场:衰减系数=132.60;衰减指数=1.7430;B 采石场:衰减系数=179.79;衰减指数=1.3921。

(2)场试验测试结果和回归分析表明，利用萨道夫斯基公式回归地震波振动衰减规律是可靠的。根据测试结果回归得出的爆破振动衰减规律，可以为工程爆破的爆破地震波强度预测和施工设计提供参考。

(3)振动频率分析表明，采石场岩石爆破引起的振动频率分布在20～50Hz 范围内，高于建筑物自振频率(1～10Hz)，不会出现共振现象。

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