降振爆破技术在露天矿山的应用

李帅，谢亮波，顾红建，杨海涛

(1.安徽马钢矿业资源集团南山矿业有限公司，安徽 马鞍山市 243000；2.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司，安徽 马鞍山市 243000)

0 引言

露天矿山爆破作业会产生多种危害，其中爆破振动和冲击波造成的有害效应较为突出，不仅会对邻近建（构）筑物的地基和结构造成破坏，而且也常常影响着附近居民的正常生活。如何采取有效的降振爆破技术，降低爆破振动对周边环境的有害效应和负面影响，对于保障矿山的正常持续生产、促进矿区与地方的和谐发展，具有重要且紧迫的现实意义。

某露天金属矿山设计生产能力为300 万t/a，矿区距离城市东环路仅1.5 km，近乎是城市中的矿山。矿区周边分布有多个村庄，该矿山的日常爆破作业，对邻近建（构）筑物造成的震感较为明显，引起当地部分居民的不满，因此，矿地矛盾纠纷时有发生，对矿山持续稳定生产和居民正常生产生活带来不利影响。本研究通过采用“孔底软塞+逐孔起爆”降振爆破技术，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 降振爆破技术分析

1.1 孔底软塞爆破技术

孔底软塞爆破作用机理是：当在孔底放置软塞时，在炸药爆炸产生的应力波与爆生气体的共同作用下，其准静态压力的峰值随其作用膨胀体积的增大而相应下降，压缩应力波随其在介质中传播距离的增加而急剧衰减[1−2]。因此，在炮孔底部放置软塞不但能够降低爆破初始脉冲压力峰值，将部分能量储存在软塞中，延长整个炮孔的爆破作用时间，而且可以使能量沿炮孔的分布更趋于均匀，减少在压缩区的能量损失，进而提高爆破能量利用率，改善爆破效果。

1.2 逐孔顺序起爆技术

高精度导爆管雷管逐孔起爆技术主要是通过孔内和孔外不同延期段高精度导爆管雷管之间的配合使用，爆区内位于同一排的炮孔依照延期时间自起爆点依次起爆，同时，爆区内排间炮孔则依照另一延期时间依次向后排传爆，进而使爆区内相邻炮孔的起爆时间错开，因此每个炮孔的起爆是相对独立的。

逐孔起爆技术的特点是：在逐孔起爆的过程中，先爆炮孔为后爆炮孔多创造了一个自由面，爆炸应力波依靠自由面充分反射，岩石实现加强破碎，邻近炮孔爆破时发生互相碰撞与挤压[3]，炸药能量叠加作用得到充分利用，增强了岩石二次破碎，进而改善了爆破效果，而且能够使一次爆破最大一段装药量取决于最大单孔装药量，从而减少同段爆破药量，最大程度地减弱爆破振动。逐孔起爆网络连接图如图1 所示，其敷设方法为：孔内同段，地表分段。

图1 逐孔起爆网络连接

目前国内高精度导爆管雷管起爆系统大多使用的是非电导爆管雷管，这种导爆管雷管不但可以精确地控制时间，确保自由面的准时和稳定形成，而且能够可靠地引爆乳化炸药、硝铵类炸药，其导爆管具有极高的强度和抗冲击、耐摩擦性能，可以承受正常使用时的各种摩擦及冲击。在该矿山的爆破过程中，考虑到爆破器材现状，并结合以往的爆破经验，决定采用高精度导爆管雷管逐孔顺序起爆，以降低爆破振动对周围建（构）筑物的影响。

2 孔底软塞与高精度雷管逐孔起爆降振试验

2.1 现场试验过程

为降低爆破振动，在该露天矿山−24 m 台阶、−12 m 台阶共进行了4 次“孔底软塞+高精度导爆管雷管逐孔起爆”降振爆破现场试验。爆破试验采用露天深孔爆破工艺，台阶高度为12 m，使用QYDZ-165 高风压露天液压潜孔钻机穿孔，穿孔角度为90°，炮孔深度为14～14.5 m，超深为2～2.5 m，炮孔直径为200 mm。炮孔孔距为8 m，排距为4.5～5 m，抵抗线为8～12 m。在装填炸药之前，首先在孔底放置长度约为0.8 m 的软塞，在干孔内进行装药时，软塞直接放入孔底；在水孔内进行装药时，先在软塞内部放入适量的水和碎石，再把软塞慢慢沉入孔底。孔底软塞装置如图2 所示。

图2 孔底软塞装置

采用条型岩石乳化药包人工装药，乳化炸药直径为170 mm，密度为1.10 g/cm3，殉爆距离≥5 cm，爆速≥3200 m/s。矿岩爆破总量为6.71 万t，炸药总量为26.76 t。爆破采用澳瑞凯高精度毫秒延期导爆管雷管，逐孔爆破采用25 ms 等微差顺序起爆。每次试验均选取3 个不同的爆心距，采用TC3850型测振仪对爆破振动速度进行实测。爆破试验参数见表1，爆破试验降振效果见表2。

表1 爆破试验参数

表2 爆破试验降振效果

地面质点振动速度根据爆破振动萨道夫斯基公式计算：

式中，v为地面质点的峰值振动速度，cm/s；R为爆破点与计算点（或者观测点）之间的距离，即爆心距，m；Q为装药量（当齐发爆破时为总装药量，当延迟爆破时为最大一段装药量），kg；K、α为代表与观测点（或者计算点）到爆源之间的地形、地质条件有关的系数和衰减系数，根据该矿山前期爆破实测数据资料，这里K=246.6，α=1.5。从式（1）可知，在其他参数保持不变时，最大单响药量越小，其产生的爆破振动也越小。

2.2 降振效果分析

（1）改善爆破效果。现场试验表明，软塞爆破效果良好，且爆堆较为集中，方便铲装，根据实际测算，铲装效率能够提升5%左右。爆堆形状如图3 所示。

图3 爆堆形状

（2）降低爆破振动强度。在爆破时，由于孔底软塞垫层的存在，使得爆炸冲击波对孔壁和孔底平面的冲击大大减小，从而进一步降低了爆破地震强度。从表2 可以看出，与不加填软塞爆破相比，软塞爆破在爆心距25 m 范围爆破振动降低率为14.2%～18.2%，在爆心距50 m 范围，爆破振动降低率为11.7%～15.7%，在爆心距100 m 范围，爆破振动降低率为3.2%～6.5%，表明孔底软塞爆破降振效果较好，而且爆心距越小，降振效果越明显。

（3）采用高精度导爆管雷管逐孔顺序起爆，能够让先爆炮孔产生的振动波和后爆炮孔产生的振动波之间发生互相干扰，或者峰值不能叠加在一起而错开，降低爆破产生的最大峰值和最大段药量，进而减弱了爆破振动。

3 结语

在该矿山应用“孔底软塞+逐孔顺序起爆”控制爆破技术后，有效降低了爆破振动强度，减少了爆破振动危害，不仅有利于保护采场边帮的长期稳定，改善工作面的作业环境，而且减弱了对矿区邻近建（构）筑物的影响，保障了矿山的安全生产和周边环境的稳定，促进了矿山与地方的和谐相处、共同发展。