降震爆破技术在河钢某铁矿的应用
2015-03-09龚志松程晓博
龚志松 程晓博
(河北钢铁集团矿业有限公司田兴铁矿)
降震爆破技术在河钢某铁矿的应用
龚志松 程晓博
(河北钢铁集团矿业有限公司田兴铁矿)
为了降低河钢某铁矿爆破引起的震动对周边村庄的影响，通过对爆破震动进行监测，分析造成爆破震动过大的原因。在此基础上对爆破参数进行优化，不仅降低了爆破引起的震动，而且使得巷道成形更加美观，降低了爆破材料消耗，加快了施工进度，取得了良好的综合效益。
降震爆破 装药结构 爆破参数
河钢某铁矿设计产量为2 000万t/a，是一座在建的特大型地下金属矿山。由于矿山坐落于人口和村庄密集地区，爆破震动引发了一系列问题，对施工造成了一定的影响。且该矿所处位置岩石裂隙发育，井下出水量大，对施工也产生了不利影响。因此，有必要采取措施降低爆破震动所带来的影响。
1 降震爆破技术
1.1 爆破震动监测
1.1.1 监测设备
爆破震动是由爆源释放出的地震波引起的地表附近介质点的震动，用来表示质点震动的有位移、速度、加速度和频率等参量[1-3]。根据《爆破安全规程》(GB 6722—2003)，地面质点震动速度可以作为确定建筑物安全判据的物理量。为了准确掌握地表爆破震动情况，采用TC-4850 型爆破测振仪对爆破震动进行监测。该仪器主体由1台采集设备以及三矢量速度传感器组成，测试系统由传感器、爆破测振仪和计算机组成。该仪器采用高速微控制器将速度传感器输出的电压量进行处理，在此基础上由仪器内高速16位A/D转换器对该电压量进行量化(量化精度为1/65 536)并将量化结果保存至存储器内。通过该仪器与计算机连接可将数据结果存入计算机并利用配套的Blasting vibration analysis 软件进行分析处理。
1.1.2 监测结果
爆区参数统计结果见表1。爆破震速观测值统计结果见表2。
1.2 爆破地震波能量分析
小波包分析能够将信号分解成高频和低频2部分，在下一层分解中，继续将低频部分分解成高频和低频2部分，低频部分丢失的信息由高频捕获，同时也对每层的高频部分实施分解，以此完成信号的深层次分解且不丢失频带信息。爆破震动信号是一种持续时间短、突变快的非平稳信号。由于不同的小波基函数具有不同的时频特性，对同一信号经过不同的小波基函数分析往往会得到不同的结果。因此，对爆破震动信号进行小波包分析时，需要选取最优的小波基函数。Daubechies函数具有良好的光滑性、紧支撑性和近似对称性，而且已经成功应用于爆破地震波的分析研究中，该函数系列包括db1，db2，db3，…，db10等不同序列，目前用于爆破震动信号分析的多为db5和db8，所以选取db8作为此次爆破震动信号分析的小波基函数。
表1 爆区参数
震动信号分解的层数依据爆破测振仪设定的采集频率确定。此次测震采集频率为5 000 Hz，则其奈奎斯特频率为2 500 Hz，由于大多数情况下爆破地震频率小于200 Hz，因而可将信号分解至第10层，对应的最低频带频率为0～9.766 Hz。应用中，将信号分解至第8层，调用MATLAB软件中的WENERGY函数分析各频带能量，结果见图1、图2。
表2 爆破震速观测值
图1 垂直震速为1.047 cm/s时震动能量分布
在采集的爆破震动数据中选取垂直震动强度最大的3次作为小波包能量分析数据。通过对该类数据进行分析，不断优化爆破参数，从而最终确定了合适的爆破参数。
图2 垂直震速为0.713 cm/s时震动能量分布
1.3 装药、起爆与爆破参数
1.3.1 装药结构
掏槽孔、辅助孔采用连续装药结构如图3所示，周边孔采用不耦合分段装药结构如图4所示。
图3 掏槽孔、辅助孔装药结构
图4 周边孔装药结构
1.3.2 起爆方式和起爆网络
孔内采用延时导爆管雷管，采用塑料导爆管传爆及2#岩石炸药，起爆网路设计成并联网路，掏槽孔先引爆，辅助孔其次，随后是顶孔、周边孔，底孔最后引爆，如图5所示。
1.3.3 爆破参数
经过多次试验，选定的爆破参数如表3所示。
由表3可知，巷道掘进爆破震动信号的能量主要集中于20～70 Hz频段，爆破震动信号的能量集中于较高频段，而建筑物的固有频率约5 Hz，因此调整后的巷道掘进爆破地震效应不会对周围的建(构)筑物造成共振破坏。
图5 起爆网络
表3 爆破参数
2 应用效果
完成爆破参数优化后，对爆破过程进行了24 h跟踪监测。将爆破参数优化前与优化后震动信号的不同频带的能量分布进行对比，结果见表4。
表4 震动信号不同频带的能量百分比 %
频段1230～9.7661.706.271.029.766～19.5329.046.183.7519.532～29.29813.5852.499.1629.298～39.06430.2114.9415.6639.064～48.830.340.260.2648.83～58.5961.730.862.1258.596～68.36233.7717.6058.7768.362～78.1288.881.197.9478.128～87.8940.0030.0010.0387.894～97.660.0050.0010.02>97.660.760.201.27
3 结 语
针对以往爆破震动存在的问题，通过对爆破参数进行优化，取得了较好的效果，具有一定的推广应用价值。
[1] 田文高，蒲传金，陈晓玲.偏心不耦合装药爆破参数理论分析[J].爆破，2008(6)：19-20.
[2] 温健强，郑炳旭，叶图强，等.装药结构对硫铁矿爆破效果的影响[J].现代矿业，2009(11)：83-84.
[3] 王占元.中深孔爆破技术在常村煤矿岩巷快速掘进中的应用[J].现代矿业，2014(5)：38-39.
2015-01-09)
龚志松(1988—)，男，助理工程师，063700 河北省唐山市滦县响嘡镇。
