地下金属矿爆破振动衰减规律及影响研究

边 境，叶图强，郭 君

(1.唐山简道教育培训学校，河北 唐山 063000；2.广东宏大爆破股份有限公司，广州 510623；3.昆明理工大学，昆明650093；4.唐山学院，河北 唐山 063000)

爆破振动受到爆源、炸药量、起爆方式、传播途径等多种因素影响。建(构)筑物结构、地基特性、建(构)筑物与地基的连接方式，以及施工质量等因素都与最终的爆破振动程度有关。所以，爆破振动是与建(构)筑物以及传播过程中的地质条件等多种因素相关的复杂现象[1-3]。

目前我国爆破振动主要参照国家标准《爆破安全规程》(GB 6722—2014)[4]。此标准是爆破行业最高标准，对不同类型保护对象的质点峰值振速和主振频率都作了相应的规定，并明确以不同主振频率所对应的质点振动速度为主要判据。

《爆破安全规程》(GB 6722—2014)对于“矿山巷道”安全允许质点振动速度的规定为：当f≤10 Hz时，安全允许质点振动速度为15～18 cm/s；当10 Hz50 Hz时，安全允许质点振动速度为20～30 cm/s。

云南某金属矿是地下矿山，采用大直径深孔采矿法进行开采，一次爆破量较大。为保护该矿井下相关巷道和硐室等设施，减少爆破振动对矿山的影响，有必要对重要区域进行现场爆破振动测试。设置爆破振动测点时，除了遵循爆破振动监测的相关规定，还要根据该矿的采矿工艺、采场爆破技术参数和矿山实际情况，优选测点位置。

1 爆破振动现场监测

1.1 爆破振动监测系统

本阶段爆破振动监测采用5套TC-4850N型网络测振仪，如图1所示。

图1 爆破振动监测系统工作原理图Fig.1 Sketch of blasting vibration monitoring system

1.2 测点的选择与布置

根据《爆破安全规程》(GB 6722—2014)的要求，将5个测点布置在15#采场和19#采场北侧回风巷道内。监测点布置情况如图2所示，每次监测前按照图3安装爆破振动测试仪。

图2 爆破振动测点布置图Fig.2 Sketch of monitoring points for blasting vibration

图3 爆破振动测试仪现场安装图Fig.3 Field setup of blasting vibration meters

2 爆破振动监测结果与分析

2.1 爆破区域与测点距离

进行了7次井下现场爆破振动监测。爆破区中心与测点的距离如表1所示。

表1 爆破区中心与测点距离表

2.2 爆破振动监测结果与分析

监测过程中，共获得30组质点峰值振动速度、主振频率数据，均为有效数据。各次爆破振动监测结果如表2所示。

由表2可知，7次监测结果中，最大单段药量为448 kg，最大质点振动速度为9.005 1 cm/s。监测的30组数据结果，质点振动速度均小于《爆破安全规程》(GB 6722—2014)中“矿山巷道”的安全允许值。

表2 爆破振动监测数据汇总表

2.3 井下爆破振动衰减规律

根据爆破振动传播理论，质点振动速度主要与装药量及测点与爆源之间的距离有关。质点峰值振速衰减公式[2]如下：

(1)

因式(1)中V和ρ不是线性关系，故需将公式转换成线性关系式才能回归，从而得出相应的K、α值。将式(1)等号两边取对数得到如下线性形式：

lgV=αlgρ+lgK

(2)

在所取有效数据充分时，可按数理统计原理的最小二乘法对式(2)进行回归。这一回归方法所依据的原则是使所有观测值与其对应的回归值误差的平方和达到极小值。

对于N组监测数据，即N个测试点：

lgK=[Σ(lgρ·lgV)×Σlgρ-ΣlgV×

Σ(lgρ)2]/[(Σlgρ)2-NΣ(lgρ)2]

(3)

式中“∑”符号表示对所有N点的相应数据求和，求得未知量K和α如下：

K=10lgK

(4)

α=[Σlgρ×ΣlgV-NΣ(lgV·lgρ)]/

[(Σlgρ)2-NΣ(lgρ)2]

(5)

图4为爆破振动质点速度的拟合曲线图。拟合出场地系数K和衰减系数α：场地系数K=1 036.812 0，衰减指数α=2.156 7。

图4 爆破振动质点速度的拟合曲线Fig.4 Fitting curve of PPV

井下监测区域范围内爆破振动质点振动速度衰减规律公式为：

(6)

3 井下重要硐室爆破振动校核

井下重要设施主要包括变电硐室及附属设备。共有3个硐室，其中心点坐标见表3。井下重要硐室方位如图5所示。

图5 井下重要硐室方位图Fig.5 Locations of important chambers

表3 井下重要硐室坐标

按照式(6)，上述7个爆破区最大单段药量控制在396.8 kg，3个硐室在7次爆破中的预测振速见表4～10。

表4 第一次爆破时硐室预测振速

表5 第二次爆破时硐室预测振速Table 5 Predicted PPV of chambers for the second blasting

表6 第三次爆破时硐室预测振速

表7 第四次爆破时硐室预测振速

表8 第五次爆破时硐室预测振速Table 8 Predicted PPV of chambers for the fifth blasting

表9 第六次爆破时硐室预测振速

表10 第七次爆破时硐室预测振速

对照《爆破安全规程》(GB 6722—2014)中矿山巷道的控制标准，由表4～10可知，最近的硐室最大预测值为18 cm/s，在安全允许范围内。

4 结论

采用TC-4850N测振仪，进行了7次爆破振动测试，分析了重要硐室的爆破振动速度值。通过研究得出如下结论：

2)在大直径深孔爆破最大段药量448 kg的条件下爆破，井下爆破振动满足《爆破安全规程》(GB 6722—2014)中“矿山巷道”安全允许质点振动速度的规定。

3)通过井下重要硐室的爆破振动预测分析，认为最大单段药量控制在396.8 kg爆破规模下，爆破振动对硐室不会产生破坏影响。