分析矿山爆破的安全问题及控制措施

侯志鹏

（中国非金属材料南京矿山工程有限公司，江苏 南京 210016）

爆破振动波在岩体介质中的传播过程是体波与面波、反射波、折射波和透射波组成的复杂振动。因为体波和面波的传播速度不同，所以从爆源通过介质传播的过程中会生成很多折射波和反射波等，与透射波作用时会出现抵消和叠加，地震波的波形参数没有明确的规律可循。地震波持续时间短，衰减速度也比较快。从上面分析可以得出，爆破地震波是一种随机瞬态信号，波形变动也是随机的，波形不会重复。对同一次爆破振动进行监测，不只是不同测点测得波形差异较大，就算在相同测点，波形也会有一定的差异。

1 矿山爆破的安全影响因素

爆破振动的质点振速、主频和持续时间是描述爆破振动的三个参数。但是影响三个参数的因素很多，按控制性质分为人为可控和不可控因素。

1.1 人为可控因素的影响

1）爆源特性与参数的影响，爆源特性对地震波的振动强度和传播规律影响显著。

①爆破规模，从影响爆破振动的角度，一次起爆药量越大，炸药爆炸释放出来的能量就越大，转变为爆破地震波的能量也就越大。即爆破规模与爆破振动强度成正比，这是对爆破地震效应影响较大的因素之一。不同类型的爆破工程，其爆破规模是不一样的，因此，对爆破振动影响的程度也不一样。一般情况下，硐室爆破、深孔爆破的规模较大；浅孔爆破、地下掘进爆破、拆除爆破的规模较小。

②爆破类型，对于岩土爆破，根据爆破作用指数，可把爆破分成六种类型：裸露爆破、强抛掷爆破、标准抛掷爆破、减弱抛掷爆破、松动爆破和压缩爆破。不同的爆破类型产生的振动强度不同。

③爆破参数，其主要参数有：

a.炮孔孔径和孔深，不同的炮孔孔径和孔深决定了不同的爆破规模，同时产生不同的爆破地震效应。一般而言，在露天深孔爆破中，过大的孔径、过大的超深必然增大单孔装药量，会提高爆破振动强度。

b.装药长度与填塞长度的影响，在相同尺寸的炮孔中，装药长度越长，单孔装药量就越大，炸药爆炸时的振动强度越大。在单孔装药量、装药埋深固定的情况下，填塞长度越长，越不利于岩土飞散，越接近于压缩爆破的类型，因而会增强爆破振动强度。

c.炸药单耗的影响，单位耗药量简称单耗，是一个经验参数，代表破碎单位尺寸的介质所需要使用的装药量，通常用q表示。

d.装药结构，在同等条件下祸合装药产生的振动比不祸合装药情况下产生的振动大，连续装药产生的振动大于间隔装药产生的振动。

e.毫秒延时间隔爆破，毫秒延时间隔爆破与同排各孔齐发爆破相比，不仅爆炸时间分散而且降低爆破振动，主要影响效果表现为减少应力波叠加、增加自由面、提高能量利用率。

2）雷管延期精度的影响，如果雷管的精度达不到要求，毫秒延期爆破效果将不理想，不仅不能降低爆破振动反而导致爆破振动增大，因此高精度电子雷管通过减小误差，达到预计的毫秒延期要求可以减弱爆破振动。

3）炸药性能的影响，炸药性能包括爆炸性能、物理性能和化学性能，炸药密度、爆热和爆速对爆破效果起决定型作用。

1.2 人为不可控因素的影响

1）地质条件的影响，岩体地质条件对爆破地震波的传播影响主要体现在衰减指数a上，岩体的坚硬和完整度越高，a越小，衰减速度越慢。

2）地形条件的影响，地形条件对爆破振动响应有明显影响，主要表现在以下几个方面：a.建筑物位于比爆源高的地方时，其对振动的响应较大，爆破振动响应有局部影响；若建筑物位于在两种类型的岩体上，会增大建筑物的爆破振动响应；b.山脊上建筑物的爆破振动响应更大。

3）爆心距及传播路径的影响，爆破振动波的波形、振速峰值和主频都随爆心距的增加而减小。地球可以看成低通滤波器，随着爆心距的增加主频更趋向于低频带的低端。爆源近区破坏力强，频率较高；虽然远区破坏力较弱，频率较低，但与建筑物的自振频率较接近，因此可能发生共振对建筑物产生较大的破坏。

4）建筑物类型的影响，建筑物被地震波破坏主要分为地基失效和建筑物自身结构被破坏。如果是以岩石为地基，则破坏的主要原因包括岩石的节理、裂隙、岩石走向等。如果建筑物跨在岩基和土基上，受到爆破振动后地基容易由于不均匀变形而被破坏。地震波可以使建筑物强迫振动和自由振动，建筑物发生拉伸、剪切等组合应力。由于建筑物上部内应力较大，地震波一般都在建筑物上部将其破坏。

2 矿山爆破的安全影响的措施

根据《爆破安全规程》（GB6722-2014）相关规定、爆破安全计算及施工经验，保证地表开采边界与地面建筑物的安全限界。同时还应综合考虑爆破振动安全限界、爆破冲击波安全距离、个别飞散物安全距离。在满足生产需求和满足设计规范要求的前提下，以控制单段最大药量为原则合理设计爆破方案并预测安全限界。

2.1 科学布置炮孔

1）钻孔方式，垂直深孔爆破的优点在于对地质要求比较低而且钻孔速度相对较快、钻孔角度易控制、操作简单。结合安家岭露天矿山实际情况，选择垂直深孔可提高工作效率。

2）炮孔的布置方式，采用正方形多排布孔。正方形布孔破碎均匀且容易准确定位，钻机移动次数也少。

2.2 合理设置爆破参数

台阶高度H、炮孔直径d，考虑到爆破效果、钻孔难度以及铲装安全和效率，台阶高度设计值为16m；炮孔直径为250mm，钻机为阿特拉斯DMH900。

2.3 选择合适的装药方式及爆破器材

1）装药设计，炮孔内炸药的布置方式不同，可以产生不同的爆破效果，选择合适的装药方式和装药结构，直接影响矿山爆破的效果。采用连续不耦合装药的方式，应用现场混装炸药车装药，反向起爆。

2）爆破器材设计，a.炸药的选取采用混装胺油炸药，密度850kg/m3，起爆药包为450gTNT炸药。b.雷管的选取根据爆破实际经验，硬岩的合理孔间延期为3ms/m，一般岩石的合理孔间延期为3～8ms/m。最大排间延期不应超过15ms/m，以抵抗线长度作为参考。由此计算出孔间延期为21ms～56ms，排间延期不超过105ms。采用高精度导爆管，可选延期时间为25ms，42ms，65ms和100ms，孔内管统一采用600ms延期。

2.4 合理设计爆破网路

设计v字形起爆网络增加自由面减小爆破振动，按照深孔台阶爆破群孔爆炸时间在（±8ms）内的炮孔可判断为同时起爆，根据孔间和排间地表管的不同延期时间设计3种起爆网络，孔内管均采用600ms延期。

2.5 做好爆破现场安全管理

实验时对试验区域做好警戒，爆破器材的保管和使用要严格按照法律和法规要求执行。在矿山爆破中，对爆破产生的飞石、冲击波、振动和有害气体等进行有效的控制，可以减少对周围环境和人员设备的危害。

1）个别飞散物体安全距离，根据《爆破安全规程》（GB6722-2014）的规定，个别飞散物体安全距离的计算公式为：

RF=20KFn2Wd

式中：Rf为个别飞散物的安全距离，m；KF为安全系数，取1.5。为最大装药爆破指数，取0.8；wd为盘底抵抗线，m。

通过公式2-1计算得RF为134m，此计算结果仅供参考，根据以往经验，个别飞散物的飞散距离远小于200m。

2）爆破冲击波控制，根据 《爆破安全规程》（GB6722-2014）的规定，爆破时空气冲击波对掩体内人员的安全距离计算公式为：

RK=KnQV3

式中：Rk为空气冲击波对人最小安全距离，m；Kn为爆破破坏的相关系数，取0.5～1.5；Q为爆破时单段最大药量，kg。由公式2-2计算得Rk为6.47m～19.41m。

3）爆破振动安全距离，根据《爆破安全规程》（GB6722-2014）露天深孔爆破振动主频在10Hz～60Hz之间。结合起爆网络计算出的单段最大药量和矿区东帮的岩石性质，利用萨道夫斯基公式2-3对民用建筑和工业建筑的安全限界进行估算。

式中：V为爆破质点振动速度，cm/s；民用建筑取1.5cm/s；工业建筑取2.5cm/s。Q为延时爆破单段最大装药量，kg；取2168kg；R为测点到爆源中心的距离，m；K为与爆破场地条件有关的参数，取150～250；a为爆破质点振动速度衰减系数取1.5～1.8。通过公式2-3计算，民用建筑的安全限界为167.16m ～391.97m；工业建筑的安全限界为 125.86m～278.84m。

3 结语

安全问题是科学研究的前提和保障，尤其在涉及爆破工程的研究中，其不可控制性在安全问题显得更加重要。严格按照《爆破安全规程》（GB6722-2014）要求进行作业验时对试验区域做好警戒，爆破器材的保管和使用也要严格按照法律和法规要求执行矿山爆破中，对爆破产生的飞石、冲击波、振动和有害气体等进行有效的控制。