安徽某露天矿山爆破降振技术措施

黄小明

(保山海螺水泥有限责任公司)

大型露天矿山爆破过程中会产生巨大的振动和冲击波等有害效应，可能对临近矿山的建筑物造成破坏，同时也对矿区周边居民的生活产生了较为严重的影响。因此，降低爆破过程中的有害效应成为露天矿山亟需解决的技术难题[1-3]。本研究以安徽某露天矿山为例，通过采用逐孔起爆、改变传爆方向和采用孔底空气间隔等措施，降低爆破过程中的有害效应，达到有效控制爆破振动的目的。

1 工程概况

某露天矿山位于安徽省怀宁县，矿山采用露天开采方式，自上而下水平分层采矿法生产。矿山正常爆破时，采用三角形方式布孔，每次布置2排炮孔，孔深16 m，孔径140 mm，孔距5 m，排距4 m，最小抵抗线3 m，炸药单耗0.50 kg/m3，单孔装药量150 kg，最大段药量750 kg，一次爆破总药量控制在3 000 kg左右。矿区虽远离城镇，但矿山周边开采安全距离外围有一定数量的居民房屋及办公楼等建筑物，其中，距离矿山开采范围较近的建筑物为怀宁海螺公司办公楼、农家饭店和矿区矿山办公楼，与爆破作业点的距离分别为345，328，310 m(图1)。

矿山正常生产爆破过程中，在上述建筑物附近所产生的爆破振动速度(表1)均在《爆破安全规程》(GB 6722—2014)规定的爆破振动安全允许标准以内[4]，不会对建筑物产生破坏。但矿山正常生产爆破时在上述建筑物区域的确产生了明显振感，严重影响了当地部分居民及矿山作业人员的正常生活和工作，引起了附近民众的投诉，对矿山正常生产造成了一定影响。

图1 矿区周边环境概况

表1 正常爆破时爆破振动速度监测结果

2 爆破降振技术措施

爆破振动效应与炸药量、装药结构和传爆方向等有密切关系。在一次爆破总药量相同的情况下，通过采用逐孔爆破技术可有效降低最大段药量；在炮孔底部放置空气间隔气可有效改善装药结构，减少炸药单耗；选择合理的传爆方向可阻碍爆破产生的地震波的传播。因此，为降低爆破振动效应，矿山在爆破作业时，本研究采用上述3种技术措施降低爆破振动效应，并对降振效果进行分析。

2.1 逐孔爆破技术

在逐孔爆破中，在总药量相同的情况下，通过选择适当的微差时间，可有效降低爆破振动的强度。逐孔爆破间隔时间的计算公式为[5-9]

Δt=KW(24-f) ，

式中，Δt为逐孔起爆间隔时间，ms；K为系数，裂隙较少的岩石取0.75，中等裂隙岩石取1.0，节理裂隙较多的岩石取1.25；W为炮孔最小抵抗线，m；f为岩石普氏系数。

根据该矿山的工程地质条件和矿山多年的生产经验，本研究选用了高精度毫秒延期雷管，孔内选用15段375 ms延期雷管，控制排延期时间为17 ms或25 ms，雁行列延期时间为42 ms或65 ms，采用逐孔起爆方式。

2.2 采用空气间隔器

孔底空气间隔器降振原理是通过轴向空气介质不耦合装药，降低爆破初始压力及爆破应力峰值，从而达到降低爆破振动的效果[10-13]。根据矿山生产经验可知，相对于连续装药爆破，采用空气间隔器间隔装药爆破方式可减少炸药单耗、降低大块率，并能够有效降低爆破振动。本研究采用BJQ型气体间隔器，将其放置于孔底位置，间隔高度为1.5 m。

2.3 选择合理的传爆方向

爆破地震波在传爆方向上产生叠加后，会增大爆破振动强度。在爆破设计时，可将传爆方向背向被保护物体，距离被保护物体最近的炮孔首先起爆，距离被保护物体较远的炮孔依次起爆，首先起爆的炮孔将岩石破碎后，阻碍后起爆炮孔产生的地震波向被保护物体传播，从而降低被保护物体位置的爆破振动强度(图2)[14-15]。本研究在距离被保护对象较近的方向选取起爆点。

图2 传爆方向示意

3 爆破振动监测与分析

采用加拿大instantel公司制造的Minimate Blaster便携式振动监测仪，监测测振点的振速和单轴最大振动频率，并对监测结果进行统计分析。矿山正常生产爆破时，一次爆破总药量控制在3 000 kg 左右，最大段药量为750 kg，采用逐孔爆破时，最大段药量为150 kg。在分别采用上述3种措施(逐孔起爆技术、空气间隔器以及改变传爆方向)以及综合采用上述3种措施的条件下，对爆破附近多处建筑物位置的爆破振动进行了监测，结果见表2。正常爆破(不采取任何措施)与采取不同降振措施条件下的爆破振动速度对比如图3所示。

表2 爆破振动监测结果

图3 不同措施下的爆破振动速度对比

分析表2可知：在采取技术措施后，当一次爆破总药量控制在3 000 kg左右时，矿山爆破在公司办公楼、农家饭店和矿山办公楼产生的最大爆破振动速度分别为2.22，4.99，3.50 mm/s，均小于正常爆破条件下的爆破振动速度。分析图3可知：在一次爆破总药量相同的情况下，对比正常爆破(不采取任何措施)时的爆破振动速度，可知采用逐孔爆破降低最大段药量后，爆破振动降低了30%以上，改变传爆方向后爆破振动降低了20%左右，在孔底放置空气间隔器后，爆破振动降低了15%左右，综合采取上述3种措施后，爆破振动降低了40%左右，有效降低了爆破振动危害效应。

4 结 语

以安徽某露天矿山为例，为降低矿山爆破对矿区周边建筑物的影响，分别采取了逐孔起爆技术、改变传爆方向以及孔底放置空气间隔器等技术措施。爆破振动监测表明：分别采用上述措施后，爆破振动速度降低幅度分别为30%、20%、15%左右；将上述3种技术措施进行综合使用，可将爆破振动速度降低40%左右，可有效降低爆破振动对矿区周边环境的影响。