微差爆破降振作用振动监测分析

吕　鑫，张袁娟，黄金香，赵　强，可　杰

（1.北方爆破科技有限公司，北京100089；2.河南工程学院安全工程学院，河南郑州451191；3.北京理工大学机电学院，北京100081；4.郑州宇通集团有限公司，河南郑州450016）

微差爆破降振作用振动监测分析

吕鑫*1，张袁娟2，黄金香3，赵强1，可杰4

（1.北方爆破科技有限公司，北京100089；2.河南工程学院安全工程学院，河南郑州451191；3.北京理工大学机电学院，北京100081；4.郑州宇通集团有限公司，河南郑州450016）

爆破振动对建构筑物的稳定性有很大的影响。运用爆破振动监测方法，对横穿某露天矿的饮水隧洞的安全性进行分析，分析了生产微差爆破相对于齐发爆破的降振效果，论证露天矿的微差爆破对引水隧洞的保护性，得出了露天矿微差爆破对饮水隧洞的安全性有重要意义的结论。

爆破振动；振动监测；引水隧洞；微差爆破

1　概述

现阶段由于爆破危害爆破振动、飞石、冲击波、噪声等影响人身财产安全的负面效应的越来越显著，其中爆破振动被认为是爆破施工中最严重的负面效应，因爆破振动过大引起的诸如滑坡、洞室坍塌、建筑物开裂等灾害事故时有发生。随着爆破技术的广泛应用，比如公路铁路工程、隧道工程、水利工程、城市拆除工程，还有矿山生产。尤其是在矿山生产过程中，大孔网参数的应用，为了爆破生产的安全进行，对爆破振动的监测和预测已经成为了一个必要的手段。在爆破作业中，控制爆破振动对结构体或边坡体的破坏、控制爆破地震波的危害是十分必要的。文献［1］从爆破地震效应分析入手，对爆破地震强度的变化规律进行了讨论。通过对爆破荷载作用下不同岩土介质高边坡的动态响应和爆破震动对边坡的作用机理研究，探讨了爆破地震波在高差和坡度存在的岩石高边坡介质中的传播机理和高陡边坡控爆减震的基本原理。提出了爆破地震波的分离阻隔、分散装药减小震源能量、多段延时减小单响爆震、选用低密度低爆速炸药及合理的装药结构等的减振方法，且取得了良好的效果；文献［2］提出了从爆破工艺的角度降低爆破振动，并且运用数值模拟的方法对降振率进行分析，论证了缓冲爆破的降振作用。本文在以上理论的基础上，通过爆破振动监测方法，对某露天矿微差爆破降振进行分析，以期对爆破振动的危害控制提供理论基础。

2　爆破振动监测变量分析

经过各国学者的经验总结，爆破振动监测内容主要有以下几个方面：

（1）振动速度V；

（2）振动加速度a；

（3）构筑物或建筑物在爆破振动下的反应曲线；

（4）岩体介质在爆破振动下反应的曲线。

在爆破工程中，对爆破振动速度的监测是最能衡量爆破振动危害的一个方面。所以在一般的监测中，都是监测爆破振动的峰值振速。

3　监测系统布置

测点的布置原则［3-7］：

（1）测试场地宜选择在炮孔中心连线垂直的方向上；

（2）为了能较好地描述地振动的变化规律，爆破振动测点要足够多，当药量一定时，可根据经验选取各测点到爆心的距离；

（3）爆心距的选取应使各测点的比尺距之间有一定的差距；在测试现场可能的条件下，为避免试验数据密集在某一个区域内，相邻二测点比尺倒数的对数值之差选为常数；

（4）对建筑物进行安全监测时，选择的测点分布在民房和工厂厂房等建筑物承重部位的基础处，测点的地面保证基本平整；

（5）确定各测点位置，测量出各测点的坐标（每次爆破中各测点的爆心距、高差）。

传感器是反映被测信号的关键部位，为了能正确反映所测信号，除了传感器本身的性能指标满足一定的要求外，传感器的安装、定位也是极其重要的。在本文的爆破振动监测中，采用TC-4850爆破震动仪及配套的速度传感器，安全监测的测点布置在有浮渣的地面上，为了使传感器与测点的表面牢固地结合在一起，直接用速凝剂将传感器粘固在水泥地平表面上不能保证很好的耦合，所以应用铁钉。测线的测点布置在爆源中心连线上。

4　现场爆破试验及其结果分析

某隧洞贯穿整个露天矿矿区，现场爆破试验选择该矿区的南露天矿生产爆破中进行，选取爆源点在引水隧洞的顶部，分别为双孔齐发爆破和双孔微差爆破，炮孔孔径140mm，炮孔深13m，堵塞4.5m，由于本次现场试验研究和矿山生产计划之间的矛盾，故本次研究在南露天进行现场试验中未做微差时间为42ms的相关测试，双孔微差爆破的微差时间选择为25ms。

根据选取的爆心距和孔网参数，分别进行双孔齐发爆破和双孔微差爆破现场试验。布置测点如图1所示。对比分析测点数据如表1所示，微差爆破各方向峰值振速的衰减率如表1所示。

现将表1所述的齐发爆破与微差爆破各向峰值振速及和速度随爆心距的变化做逐一对比，如图2～图5所示。

图2　水平径向峰值振速

图3　竖直向峰值振速

通过以上三向振速及和速度对比图可得出结论：采用25ms微差爆破的峰值振速明显低于齐发爆破测点的峰值振速，进一步说明了微差爆破的降振效果。为了更好地论述微差爆破的降振作用，运用衰减率进行分析，衰减率计算公式为：

式中：η——衰减率；

Vq——齐发爆破各节点处峰值振速；

Vw——微差爆破各节点处爆破振动峰值振速。

由衰减规律得出衰减率如表2所示。

表2　双孔微差和双孔齐发爆破各方向振速衰减率

图4　水平切向峰值振速

图5　和速度对比图

表2中计算出双孔微差爆破和双孔齐发爆破的和速度平均衰减率为ηˉh=21.29%，由此可知，在微差时间为25ms情况下，该矿区爆破振动相对于齐发爆破得到很大程度降低（约20%）。

5　结论

本文进行了现场爆破试验，现场相同装药结构、相同孔网参数条件下，分别对双孔微差爆破和双孔齐发爆破进行了爆破振动监测，并且对比分析了微差爆破的降振率，水平径向降振率平均在23%，垂直方向降振率平均在25%和水平切向降振率平均在16%，和速度的降振率达到了21.3%，进而说明了微差爆破降低爆破振动对隧洞的稳定性影响有很重要的意义。

［1］李廷春，沙小虎，邹强.爆破作用下高边坡的地震效应及控爆减振方法研究［J］.爆破，2005，22（1）：1-5.

［2］张袁娟，黄金香，袁红.缓冲爆破减震效应研究［J］.岩石力学与工程学报，2011，3（5）：967-973.

［3］冯林.爆破振动智能预测技术研究［D］.武汉：武汉理工大学，2011.

［4］徐全军，王希之.柱状装药近源场爆破振动峰值预报研究［C］//第七届全国工程爆破学术会议论文集，2007.

［5］易长平，卢文波，张建华.爆破振动作用下地下洞室临界振速的研究［J］.爆破，2005，22（4）：4-7.

［6］朱瑞赓，李铮.爆破地震波作用下岩石隧道的临界振动速度［C］//工程爆破文集（第二辑），冶金工业出版社，1953：285-291.

［7］王军跃.爆破振动信号叠加法及其在露天矿的应用［D］.武汉理工大学，2007.

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1004-5716（2016）03-0167-03

2015-12-07

2015-12-08

吕鑫（1983-），男（汉族），山西太原人，工程师，现从事计算机科学与技术研究工作。