某地下铁矿爆破振动对地表民房安全的影响

2018-11-20高琪琪张西良

现代矿业 2018年10期

高琪琪张西良

(1.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；2.马鞍山矿山研究院爆破工程有限责任公司；3.金属矿山安全与健康国家重点实验室)

某铁矿矿区地表有村庄、公路、稻田和山林坡地等，地下水丰富，地表不允许塌陷。矿区主矿体赋存于闪长岩与砂页岩的接触带部位。矿山建设规模为200万t/a，采用主井—副井开拓系统，中段高度为60 m。主井井筒净直径为5.3 m，采用钢丝绳罐道，双箕斗的提升方式，塔式布置。副井布置在与主井相距约110 m处，井筒净直径6.5 m；井筒内配置有5 180 mm×3 000 mm 双层单罐笼配平衡锤，由落地式JKMD-3.256(Ⅲ)E型提升机承担提升人员、材料、设备上下任务，并作为生产期间风、水管及电缆的进出井。本研究根据某地下铁矿井下爆破振动监测数据，对爆破振动衰减规律进行分析，并进一步讨论爆破振动对地表民房安全的影响。

1 生产掘进爆破振动测试

1.1 生产掘进爆破参数

该矿井下生产掘进巷道断面尺寸为4.6 m×4 m(宽度×高度)，采用YT-27凿岩机穿孔，孔径42 mm，钻孔深度3.2 m，每个循环进尺为3.0 m。掘进工作面炮眼数量共计62个，炮孔布置如图1所示。采用岩石乳化炸药连续装药结构，药卷直径32 mm，单个药卷质量150 g，采用1～10段毫秒导爆管雷管延期起爆。

1.2 爆破振动现场测试

本研究爆破振动监测设备为TC-3850型爆破测振仪，采样率1～50 ksps，频率为0～10 kHz，触发电平0～10 V(0～35 cm/s)任意可调，记录精度为0.01 cm/s。在矿区地表沿着民房方向布置了TC-3850型爆破测振仪，对-470 m中段4次生产爆破期间的爆破振动进行了监测，每次爆破药量统计见表1，爆破振动监测结果见表2。

图1 掘进巷道断面爆破炮孔布置

表1 生产爆破药量

1.3 爆破振动衰减规律

根据表2，采用萨道夫斯基公式[1-5]进行了回归分析，得出的爆破振动衰减规律回归公式为

表2 爆破振动测试数据

式中，V为保护对象所在地安全允许质点振速，cm/s；R为爆破振动安全允许距离，m；Q为炸药量，齐发爆破为总药量，延时爆破为最大单段药量，kg。

由图2可知：随着最大段药量Q的增加，相同距离位置的爆破振动速度呈增大趋势，即有效控制最大段药量，可以有效降低爆破振动强度，从而确保矿区地表建筑物安全；相同最大段药量条件下，随着测点距离的增大，爆破振动速度表现为逐渐衰减趋势，即距离爆破位置越远，振动速度越小，进而对矿区地表建筑物的影响越小。

图2 爆破振动速度随距离的变化曲线

2 生产爆破期间民房安全性分析

经过现场调查发现，矿区附近民房类别有土坯房、砖瓦房等建筑类型，综合考虑房屋类型、房屋质量、建设年代等因素，并参照《爆破安全规程》(GB 6722—2014)，本研究选取的居民房屋爆破安全允许振动速度为0.45 cm/s[6-8]。根据上式，可得不同安全允许振动速度下最大段药量Q与安全允许距离R的关系曲线，见图3。

由图3可知：在最大段药量固定的情况下，随着安全允许振动速度的增加，安全允许距离呈减小趋势；在相同安全允许振动速度条件下，随着最大段药量的增大，安全允许距离表现为逐渐增大的趋势。

图3 最大段药量与安全允许距离的关系曲线

目前，矿山生产掘进爆破的最大段装药量为13.35 kg，以民房安全允许振速0.45 cm/s计算，安全允许距离为106.6 m。而生产爆破位置与最近民房的平面投影距离为122 m，爆心距达497 m，远大于安全允许距离106.6 m。因此，在当前爆破方式条件下，矿山生产爆破振动对民房的影响非常有限。

3 副井掘进爆破对民房安全的影响

该矿山副井已经施工完毕，副井断面为圆形，炮孔呈同心圆形布置，其中最靠近开挖中心的1～2圈为掏槽孔，最外一圈为周边孔，其余为辅助孔(崩落孔)。副井井径段的最大段药量为33.6 kg，每次爆破总药量为141.2 kg；井身段的最大段药量为31.2 kg，每次爆破总药量为130.2 kg。由图4可知：随着副井掘进爆破深度的增加，爆破位置与民房的距离逐渐增大，在民房位置产生的质点振动速度不断减小，由副井开始掘进时的0.15 cm/s降低至副井深度530 m时的0.04 cm/s，且均在民房安全允许爆破振动速度范围内，正常情况下不会对结构正常的民房造成损坏。