露天煤矿爆破震动有害效应的控制措施

孟艳雄

（国家能源集团哈尔乌素露天煤矿穿爆队，内蒙古 鄂尔多斯 017000）

露天煤矿的开采过程中，常常需要进行必要的爆破施工作业，其能改善各种施工困难，解决有关的开挖问题。同时爆破施工中，其不良的爆破震动效应也会对于周围的环境造成一定的影响，在进行施工的过程中，应该做好精确的爆破控制，实现在进行爆破过程中，将其产生的有害效应控制在最低的范围内，在爆破过程中的基本安全目标实现。

一、地震波的产生机理

炸药在介质中爆炸，爆轰产物和爆轰波白药包中心向各个方向传播，瞬间释放出能量，然后能量进行传递和做功。岩石在受到冲击波和应力波的强烈作用后，形成以炸药为中心的由近及远的不同破坏区域，首先形成粉碎区，其次，随着爆腔内爆生气体压力的下降，原先积蓄的这部分能量就会释放出来，转变为卸载波，卸载波与压应力波方向相反，相互作用形成拉应力波，如果此拉伸应力波产生的拉应力值大于岩石的抗拉强度，就会导致岩石破裂，形成破裂区。破裂区之外的区域虽然不会造成岩层的破损，但是会传递震动效应，这种效应可以称为弹力波，其以爆破的中心为传播的原点，在向周围传播的过程中，形成了爆破地震波。这种爆破地震波与常规的地震波相比具有明显的不同之处，就是其震源一般很浅，但是同样会造成地表物体的震动，这会导致地表的建筑物、构筑物等受到一定的安全影响，尤其是对于爆破位置距离较近的建筑物、构筑物来说，存在较大的安全隐患爆破测振就是通过振动测量，分析一定爆破条件及地层情况下的振动传播特征与衰减特性，利用适当的数学方法分析振动波形，得出衰减方程。根据爆破测振结果，采取适当的控制措施，达到有效保护建筑物的目的。长期以来，国内外学者通过理论分析和实地测量，采用解析法、有限元法等多种方法，对爆破振动的衰减规律及爆破对地表建构筑物的振动破坏机理进行了大量的研究，并取得了一系列成果。目前，对爆破影响判据研究较多，但对爆破影响的控制研究较少，对改进方案的实际验证不充分。为研究爆破震动监测及其控制技术，本次进行了爆破震动影响实测，得出了爆破最大震速、安全距离与最大段药量的关系，并在考虑震动频率的影响条件下，提出了针对露采中深孔爆破减小振动危害的技术方案，并对方案进行了进一步实际测量，验证了方案的有效性和可操作性，为解决矿山与周边村民的矛盾提供了新的思路。

二、地震波的基本分类

1.爆破产生的扰动以面波和体波的形式在介质的内部传播，体波又可以分为横波和纵波两种。体波是指爆破地震波在地层的内部传播，而面波是在介质体表面或是在地层的表面传播。体波和面波的传播速度不仅受到介质体本身的物理特性影响，而且受到介质体本身的结构特征的影响。波在传播的过程中，由一种介质进入到另一种介质，例如：遇到节理和断层等不均匀或不连续带时，或是介质体有着不同的物理力学性质，就会导致波发生反射和折射。一般情况下，在介质体分界面处或是在地表地层会产生面波，它的强度会随着深度的增加而下降。

2.地震波传播参数。爆破地震波的特性是具有随机波的不重复性，因为他受到地质构造、传播介质体物理力学性质的多样性和爆源的复杂性影响。任意两个爆破地震波都会表现为不同波形，它会随时间出现不同的变化，不仅在波的持续时间和频谱构成上会随着地层地质条件、爆心距、爆破规模和环境条件的影响，而且在振幅的数值上也会随时间做出复杂的变化。由于传播介质复杂的特性，以及爆破机理的难估量性和不确定性，从而导致爆破震动不易用微分方程和数学解析方法来表示出其确定性的规律。

3.爆破地震影响因素。影响爆破震动的三个主要因素有：震动持续时间、质点的震动速度和主振频率。爆破地震参数的大小主要依赖于地形地质特征和爆破参数（如总装药量、单响装药量、分段数、距爆破点的距离、高程差、孔距、排距、孔径、孔深、不耦合系数、装药结构、填塞长度和起爆方法等）。

三、露天煤矿爆破震动有害效应的控制措施

1.毫秒延时爆破技术。毫秒延时爆破是以毫秒级的时间间隔分批起爆装药，这符合爆破机理的微分原理，对减弱爆破地震效应有很大作用。大量的实验研究表明，在总药量和其他条件不变的情况下，延时起爆震动强度比齐发爆破降低30%～ 40%，是以各起爆段地震波不干扰不叠加的降震原理，来实现爆破降震。在深孔爆破中，采用不耦合装药比耦合装药有明显的降低爆破震动效应的作用，在保证填塞长度和质量要求下，采用分散装药比集中装药可降低爆破地震效应。随着不耦合系数的增大，药孔周壁上的切向最大应力急剧下降，作用时间延长，使得爆炸能量以应力波形式传播能量的部分较少，而已准静态压力传播能量的部分增加，应力集中以及拉伸裂隙。由于药包产生的爆炸作用经过空气间隔的缓冲，在相同装药量下，不耦合装药爆炸产生的地震强度比耦合装药的低。因此在下盘滑体部位采用间隔装药方式以达到分散装药的效果。

2.爆破网路。（1）爆破网路分孔内网路和孔外网路。孔内分段采用从上到下延时起爆，这样起爆的好处在于能最大限度降低爆破振动。孔内分段延时以不大于75 ms 为宜，若延时过大，容易造成爆破飞石的产生。孔外网路由于需要严格控制爆破振动，采用单孔起爆方式，延时时间以100ms 左右为宜，延时时间过大，容易产生爆破飞石，会引起炮孔抵抗线发生大的变化而恶化爆破效果，同时会促使一些炮孔不能按照预先设计的次序和时间起爆；若延时时间过小，会破坏地表和孔内起爆网路，导致拒爆炮孔产生，增加爆破振动和产生爆破振动叠加，也会使爆破岩石移位减小，影响装运。现场中一般采用2-3 段延时对预裂炮孔进行爆破，以确保爆破效果。（2）现场的具体做法是：在孔内不分段时，孔内一般装5 段毫秒非电导爆管雷管，孔外延时采用2 段毫秒非电导爆管雷管。在孔内分段时，孔内采用从上往下依次为5，6，7 段毫秒非电导爆管雷管，孔外采用2 段毫秒非电雷管。一般情况下都利用2 段雷管单孔一次起爆120 个左右炮孔，总延时在6 s 左右。孔内分段时在现场最多一次实现过单孔一次起爆89 个炮孔，总延时达7s，而未出现一个拒爆炮孔。一般孔内分段，爆破的炮孔数量都在65 个左右。起爆网路在单孔起爆时，敷设的主要步骤是：第一，选择好爆破开口位置，再设计每个炮孔起爆次序；第二，模拟每个炮孔起爆过程中是否出现带炮、夹制和改变后爆炮孔爆破抵抗线等情况，若有此类情况发生，要重新确定爆破顺序；第三，在确认爆破次序没有问题后，从最后一个炮孔依次向第一个起爆孔敷设起爆网路，工作中，要一人敷设，一人连接，一人监督，防止出现问题；第四，网路连接完成后，再从第一个起爆炮孔开始向最后一个起爆炮孔依次重新摆放起爆网路，以防止在起爆过程中，先起爆雷管炸断后起爆雷管的导爆管，造成炮孔拒爆；第五，在网路全部摆放好后，要用钻孔时产生的石粉对雷管进行覆盖，其作用是防止雷管爆破后碎片炸断导爆管和雷管在起爆过程中抖动引起导爆管断裂。

边坡问题。边坡处理中与普通的预裂爆破不同，工程中主要采用了以下措施：第一，减少了边坡孔的超深，防止对安全平台的损害和减少振动；第二，采用分段预裂爆破，确保爆破振动不超标；第三，降低每米装药量，保证边坡面的平整度和光滑度，并最大程度降低爆破对边坡面的损害；第四，边坡爆破中不采用斜孔，以降低飞石产生程度；第五，提高钻孔质量和爆破质量，防止边坡爆破中一次成不了型的现象出现。如果爆区规模过小，势必增加爆破次数，设备移动频繁，影响设备效率，不利于矿山生产；如果按正常80～ 100 个孔设计爆区规模，有利于发挥设备效率，但无法控制同段起爆药量，滑体安全没有保证，为此该处爆区规模定为40～ 45 个孔。超深的作用是用来克服底盘抵抗线，使台阶爆后不留根底。超深过大，将造成钻孔和炸药的浪费，增加对下一水平的破坏，并且会增大爆破地震波的强度；超深不足将产生根底或抬高下一水平的标高，影响下一水平的正常生产。该处超深设计为头排孔2.5 m；后排2.0 m。同时考虑到单孔装药量，该处爆区设计孔深为14.0～14.5 m。由于这部分高差较大，又是最小工作平盘宽度较小，没有水孔，这对装低密度炸药（多孔粒状）提高装要高度减少装药量，减少单孔起爆能有利。

应用爆破新技术。随着技术的进步和发展，很多爆破问题得到了有效的技术层面的控制和解决，比如对于爆破施工来说，要能有效地实现在进行爆破过程中，将技术优势发挥出来。当前在进行露天煤矿的爆破施工过程中，可以采取的施工技术包括缓冲爆破、预裂爆破、微差爆破等这些爆破技术往往能减少爆破的负面震动影响，有效的控制爆破震动的施工过程中，能发挥出良好的安全控制效果，同时能实现既定爆破目标的实现。同时在现代化的爆破技术中，通过改善爆破孔的结构位置，能实现在对于爆破施工的科学控制，比如将爆破孔改为倾斜孔，倾斜孔有利于爆炸后的能量在斜孔位置集中爆发，减少了能力向周围传播的趋势，能有效的实现在进行爆破作业的过程，控制好爆破不良效应的产生。

对保护对象采取的控制措施。在对露天煤矿爆破产生的震动有害效应进行检测时，利用爆破震动频率对爆破效果进行控制，是目前降低震动产生的有害效应效果比较好的方法之一。这是因为当露天煤矿附近建筑物具有的频率与爆破产生的频率接近或者相同时，会使建筑物发生幅度较大的震动和严重的坍塌。由于在炸药药量、爆炸点深度、爆炸距离等各种因素的影响下，地震波振幅会产生较大的变化，当微差爆破震动频率比较高时，说明地震波的振幅比较小，地震波的衰减速度极快，当齐发爆破震动的频率比较小时。所以，根据现场实际情况调整微差时间间隔，将爆破地震波频率有效提高，拉大与周围建筑频率的距离，能够有效降低震动有害效应的影响。当地震波在煤矿岩石中进行传播时，如果中途遇到岩石断层面、自由面、层里面、节理面，以及传播介质产生变化时，地震波的一部分波能就会在与交界面相遇的一瞬间反射回原路，剩余的一部分波能就会穿过交界面传递到下一个介质中。与此同时，当地震波从波阻抵抗力较大的介质中传递到波阻比较小的介质中时，具有的折射波由于受到较大的阻碍，产生的能量会大打折扣。所以，在露天煤矿爆破现场开挖一条减震沟，并且保证减震沟的宽度能够满足实际减震需求，深度大于建筑物的基础，能够有效降低震动产生的有害效应。

结束语

综上所述，根据以上针对露天煤矿爆破震动有害效应的控制措施，展开的深入探索，我们能够清楚的了解，在对露天煤矿进行爆破的过程中，必须对震动操作产生的有害效应给予必要的重视。深入研究震动有害效应现象产生的原因，采取出有效的措施，将存在的问题有效解决，从而，将露天煤矿爆破震动有害效应发生概率进一步降低，最终，为煤矿开采行业具有较高安全性和有效性发展奠定基础。