某露天铜矿爆破震动分析与研究

潘 勇 杨天祥

(1.中铁资源集团绿纱矿业公司；2.重庆钢铁集团矿业公司)

某露天铜矿爆破震动分析与研究

潘 勇1杨天祥2

(1.中铁资源集团绿纱矿业公司；2.重庆钢铁集团矿业公司)

采用先进的测振设备对某露天铜矿采场的5次生产爆破震动进行监测，采用Excel软件对同时起爆的最大药量、监测点至爆区中心的距离以及震速之间关系进行回归分析，得到适合该采场生产爆破震动的传播衰减规律公式。同时按照采场周边重要建筑物所允许的安全震速，反推算不同距离下所允许的同时起爆的最大药量。上述研究成果对后续的生产爆破设计具有一定的参考价值。

爆破震动 Excel 回归分析 安全震速

1 工程概况

某露天铜矿位于刚果(金)加丹加省卢本巴希市绿纱镇，设计矿石生产量为150万t/a，为凹陷露天矿，矿区经过多年开采，已形成1个露天大采坑，呈NW—SE向展布，长约1 200 m，宽约330 m，在现有的采坑内广泛分布多个小采坑，开采深度为50～80 m，在采坑内南北端有2处面积较大的采坑积水，水平面标高均为1 190 m。

采场周边环境比较复杂，见图1。爆破作业的高效率以及低成本使其成为矿山生产广泛使用的手段，但炸药在岩体中爆炸，其部分能量以弹性波的形式在地壳中传播而引起爆区附近的地层震动，称为爆破地震，这种地震波会对教会学校以及其他周边建筑物产生一定的影响，控制不当会破坏矿区周边建筑物，给周围居民的生活带来较大影响。

图1 某露天采场示意

采用微差控制爆破技术可减弱生产爆破地震波对教会学校的影响，按照《爆破安全规程》(GB 6722—2003)规定的震动速度的要求[1]，教会学校按毛石房屋考虑，在深孔爆破时，允许的安全震速为0.7～1.2 cm/s；但考虑到教会学校在当地的社会地位较高，因此，将其作为一般古建筑和古迹考虑，在深孔爆破时，允许的安全震速为0.2～0.4 cm/s。

2 爆破方案

逐孔起爆技术孔内采用高段位延时毫秒雷管进行起爆，孔外采用低段位延时毫秒雷管连接，是实现单孔孔间微差起爆的一种爆破技术[2]。鉴于逐孔起爆技术对降低爆破震动，提高爆破作用效果显著，生产爆破选用地表连接雷管17，25，42 ms，孔底雷管采用500 ms，钻孔直径为102 mm，孔距为3 m，排距为3 m，孔深6～10 m，最终生产爆破孔深依据现场需要而定，采用三角形布孔方式，所使用的炸药为乳化炸药，线装药密度为9.8 kg/m，连续装药结构，起爆顺序见图2。

图2 起爆顺序

3 测振系统

3.1 监测仪器

选择合理的监测系统将直接影响到测试结果的真实性，选择测试系统应根据施工现场地质地形条件、爆破参数，预测被测信号的幅值范围，测试系统的幅值范围上限应高于被测信号最大预估值的20%[3]。爆破采用的测振仪是由成都中科测控有限公司生产，型号为TC-4850。该型爆破测振仪为一款专为工程爆破设计的便携式振动监测仪,仪器体积小、重量轻、耐压抗击、可靠易用，配接相应的传感器能完成加速度、速度、位移、压力、温度、湿度等动态过程的监测、记录、报警和分析，仪器性能稳定，频响特性好，监测震速幅值为0.01～30 cm/s，满足现场生产爆破震动监测的需要。

3.2 测点布置

测点布置直接影响爆破测试效果及测试数据的应用价值：①测点布置少，观测的数据不足以说明问题；②测点布置多，测试工程量大；③测点布置不合理，观测的数据无价值。根据测试要求，测点采用固定点与移动点相结合的方式，对胡乐购办公室、教会学校、学校校舍、绿纱镇采用固定点进行监测，在沿着教会学校与爆区中心连线方向上采用移动点进行监测。

3.3 传感器安装

测试效果的优劣程度与传感器的安装关系较大，固定点采用浇筑混凝土墩的方式布设，首先预埋固定螺栓，然后采用压板将传感器地板与预埋螺栓紧固相连，移动点使用石膏将传感器与岩体表面紧密粘合，从而减少由传感器造成的震动数据误差。南部教会学校主建筑是监测的重点，为了确保数据真实可靠，在后3次爆破过程中，在南侧同一地点布置2台仪器。

4 爆破震动结果及分析

4.1 爆破震动测试结果

使用6台爆破测振仪对采场5次生产爆破震动进行测试，爆区位于采场北部以及中部，标高1 200 m 以上，共取得30组有效的测震数据，见表1。

表1 爆破震动测试结果

4.2 测试结果分析

质点震动速度的大小与装药量、监测点至爆区中心的距离、介质特性、装药结构、炸药性质等因素有关，目前普遍采用爆破界公认的萨达夫斯基经验公式进行计算

(1)

式中，K为地质、爆破方法等因素有关的系数；α为与地质条件有关的地震波衰减系数；其他符号意义同上。

对所采集的数据采用Excel软件进行线性拟合，结果见图3。

图3 数据线性回归图

由图3可知，衰减系数α为1.445，场地系数K为84，相关性系数为0.883 2，当相关性系数大于0.8时满足回归精确性的要求[4]，即生产爆破地震波的传播衰减规律经验公式为

(2)

4.3 允许药量

根据上述回归得到的生产爆破震动衰减规律公式，反推算在确保学校主建筑安全时不同距离下所允许的同时起爆的最大药量计算公式为

(3)

出于偏安全的考虑，将教会学校主建筑允许的安全震速确定为0.2 cm/s，得到不同距离下所允许的同时起爆的最大药量，见表2。

表2 安全震速小于0.2 cm/s允许的同时起爆的最大药量

5 讨 论

(1)教会学校附近监测的震动数据均未超过其安全允许震速，通过观察学校建筑以及周边其他建筑的破损情况，未发现新的裂痕，说明震动数据是可靠的。在本测试时的条件下进行的生产爆破，其引起的爆破震动效应对该教会学校主建筑不会造成损伤。但考虑到矿区生产爆破施工期限长，爆破次数多，从结构力学的角度分析，多次重复爆破震动可能会对建筑物造成疲劳损伤。由监测到的测震数据可知，爆破地震波由近及远呈现衰减的趋势，符合震动衰减的一般规律。

(2)对震动数据进行处理得到适合该矿山的爆破震动传播衰减规律公式，得到衰减系数以及场地系数，通过反推算，得到不同距离下所允许的同时起爆的最大药量，可用于指导和优化后续爆破参数设计与爆破施工。

(3)5次爆破均集中于采场中部和北部，距教会学校主建筑较远，传播路线上有运输平台以及断层，节理裂隙尤其是南部标高较低的水坑，为了确保南部教会学校主建筑绝对安全，后续爆破工作随着自北部向南部的进行以及爆破标高的逐渐降低，有必要进一步加强监测。

(4)通过严格控制单孔药量，采用逐孔起爆技术，可以将爆破震动控制在规定范围之内，南部的爆区可以考虑间隔装药，孔内采用475，500 ms 2种雷管，通过孔底间隔装药，有利于减小同时起爆的最大药量，进一步控制爆破震动。

[1] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB 6722—2003 爆破安全规程[S].北京：中国标准出版社，2003.

[2] 程 平.逐孔起爆技术及其应用研究[D].西安：西安建筑科技大学，2008.

[3] 孟吉复，惠鸿斌.爆破测试技术[M].北京：冶金工业出版社，1990.

[4] 廖大学，史秀志.井下爆破振动的衰减规律研究[J].采矿技术，2007(2)：92-93.

Analysis and Research of Blasting Vibration in a Copper Open-pit

Pan Yong1Yang Tianxiang2

(1. Lvsha Mining Company of China Railway Resource Group;2. Mining Company of Chongqing Iron and Steel Group)

Vibration tests are carried during five production blasts in a copper open-pit by using advanced vibration machines, the relationship among the biggest quantity of explosive initiating instantaneously,the distance between blasting area center and monitor point and vibration velocity is regressed and analyzed by using Excel software, the empirical formula of blasting seismic wave propagation is obtained.Besides that,according to the permitted safety vibrating velocity of important buildings and structures nearby the open-pit, the permitted quantity of explosive initiating instantaneously of different distance is calculated.The above research results have a certain reference value for later production blasting design.

Blasting vibration, Excel, Regression analysis, Safety vibration velocity

2015-01-04)

潘 勇(1988—)，男，硕士，100045 北京市西城区南礼士路5号院。