不同爆破方式下爆破振动传播规律及预测研究

2015-03-10张迎吉叶海旺艾晓宗王建军

中国钼业 2015年5期

张迎吉，叶海旺，艾晓宗，，王建军，

(1.金堆城钼业股份有限公司，陕西华县 714102)

(2.武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北武汉 430070)

0 前言

金堆城南露天矿隶属于陕西华县金堆城钼业股份有限公司，其地质条件复杂，每一个新平盘岩性分布都有差异，加上边缘都是原始地表，岩层中常含有很多泥土夹层。东川河引水隧洞是金堆城露天矿南大扩时对东川河河流改道修建而得，隧洞围岩节理、断层构造极为发育，围岩的稳定性差。随着开采的进行，采场工作面距离东川河引水隧洞越来越近，最近的距离约31 m。为确保东川河引水隧洞的安全，首先需寻求合适的减震爆破方法来进行爆破，同时也希望在爆破前能对爆破振动进行有效的预测来指导现场生产。

1 不同爆破方式下的爆破振动规律试验研究

以常规生产爆破为基础，分别采用空气间隔装药爆破、数码电子雷管精确延时爆破、减小炮孔直径等爆破方式来降低爆破振动。根据工程爆破界公认的萨道夫斯基的爆破振动经验公式及实测数据，可以回归出在本测试条件下该区域的爆破地震波传播规律。根据现场测得典型数据，回归求出K、α、β。

式中:v 为质点爆破震动速度峰值，cm/s;K 为与地质、爆破方法等因素有关的系数;α、β 为与地质条件有关的地震波衰减系数;Q 为与振速v 值相对应的最大一段起爆药量，kg;D 为测点与爆心的水平距离，m;H 为测点与爆心的高差，m。

1.1 常规生产爆破

爆区台阶高度12 m，炮孔直径为250 mm，爆区采用垂直孔，孔距为9 m，排距为7 m。单孔最大单响药量为430 kg，采用混装乳化炸药，堵塞长度为7 m。典型数据如表1 所示。

表1 常规生产爆破下爆破振速

表1 中:X(水平切向)、Y(水平径向)、Z(垂直)方向上的速度传播衰减规律分别为:

1.2 空气间隔装药爆破

空气间隔装药爆破分孔底、药包中部和药包上部进行，空气间隔长度为1.3 m。爆区孔网参数同常规生产爆破，每孔装药量为380 kg。药包中部空气间隔装药爆破时，炮孔上部药量为180 kg，底部药量为200 kg。药包中部、上部和孔底空气间隔装药爆破振动速度典型数据分别见表2、表3 和表4。

表2 药包中部空气间隔装药爆破振速

表2 中:X(水平切向)、Y(水平径向)、Z(垂直)方向上的速度传播衰减规律分别为:

表3 药包上部空气间隔装药爆破下不同高程的爆破振速

表3 中:X(水平切向)、Y(水平径向)、Z(垂直)方向上的速度传播衰减规律分别为:

表4 孔底空气间隔装药爆破下不同高程的爆破振速

表4 中:X(水平切向)、Y(水平径向)、Z(垂直)方向上的速度传播衰减规律分别为:

1.3 数码电子雷管爆破

爆区采用垂直孔，孔距为9 m，排距为7 m。单孔最大药量为430 kg，总药量为16 t。采用混装乳化炸药，堵塞长度为6～6.5 m，炮孔直径为250 mm。孔间微差30 ms，排间微差75 ms。典型爆破振速数据见表5。

表5 数码电子雷管爆破振速

表5 中X(水平切向)、Y(水平径向)、Z(垂直)方向上的速度传播衰减规律分别为:

1.4 140 mm 孔径爆破

爆区台阶高度12 m，炮孔直径为140 mm，爆区采用垂直孔，孔距为5 m，排距为4 m。单孔装药量为116～128 kg，采用混装乳化炸药，连续装药结构，装药长度8 m，堵塞长度为5 m。测得的爆破振动数据见表6。

表6 140 mm 孔径爆破振速

表6 中X(水平切向)、Y(水平径向)、Z(垂直)方向上的速度传播衰减规律分别为:

2 爆破振动安全距离确定

东川河隧洞为引水隧洞，根据《爆破安全规程》(GB6722—2003)对爆破振动允许安全振速的规定:水工隧洞爆破振动频率f≤10 Hz 时，安全允许质点振动速度在7～8 cm/s;10 Hz≤f≤50 Hz 时，安全振速为8～10 cm/s;f ＞50 Hz 时，安全振速为10～15 cm/s。为确保隧洞安全，分别确定了不同爆破方式下振动速度在7 cm/s、8 cm/s、10 cm/s、15 cm/s 对应的安全距离(爆源与保护对象间的最小距离)。其中，空气间隔装药爆破综合考虑减震率和爆破效果，以药包中部为最佳，电子雷管以孔间延时31 ms、排间延时70 ms 为最佳，各爆破方法对应的安全距离见表7。

表7 不同爆破方式下安全距离 m

由表7 可知，距离隧洞42 m 以外范围采用140 mm 孔径进行爆破是安全的;距离隧洞68～75 m 范围采用数码电子雷管延期爆破进行作业是安全的;距离隧洞75～108 m 范围采用药包中部空气间隔装药爆破进行作业是安全的;而250 mm 孔径爆破只能在距离隧洞108 m 以外区域使用。

3 爆破振动速度预测及减震爆破方法选择软件

为了减少手工计算的误差和提高工作效率，根据国家标准《爆破安全规程》(GB6722-2003)之规定，分别以7 cm/s、8 cm/s、10 cm/s、15 cm/s 为标准

图1 软件系统主界面

4 结语

通过现场爆破试验，得出了不同爆破方式下金堆城南露天的爆破地震波传播规律，根据国家爆破安全规程要求，确定了矿区不同区域能确保东川河隧洞安全爆破方法，并在此基础上开发了爆破振动速度预测和减震爆破方法选择软件。

通过预测软件的实际使用和对每次爆破振动数据的监测，该软件预测的数据与监测数据非常接近，尤其是软件对不同减震爆破方法的优选，为今后爆破技术人员在距离东川河隧洞特近区域进行爆破参数的选取提供了数据支持，为实现露天爆破设计的自动化、数字化和智能化奠定了基础。由于开采平进行控制计算，计算结果分别为安全、预警、黄色预警、橙色预警、红色报警。并所有预测算法和减震方法的选择开发了相应软件系统。

在常规生产条件下，若输入单响药量为430 kg、水平距离87 m、高差24 m 时，则系统即可自动预测出3 个方向的爆破振动速度值分别为4.53 cm/s、3.67 cm/s、10.67 cm/s(见图2)。若输入控制标准为7 cm/s、爆心距为90 m 时，系统则推算出可使用的的爆破方法有空气间隔装药爆破、数码电子延期雷管爆破、140 孔径爆破等。盘的不断下降，周围地质情况发生着变化，同时距离东川河隧洞和边坡的方位也不同，建议后期对软件数据库不断更新，以确保软件预测数据的准确和实用性。