确定矿山爆破震动危害范围的新增因素

陈 勇

（中国非金属材料南京矿山工程有限公司，江苏 南京 210014）

我们在日常从事爆破作业的时候，会编制详细的爆破方案，严格控制单响起爆药量，控制单次作业起爆总药量，从根源上最大程度降低爆破震动，减少震动危害。即使有这样完善的防控措施，依然会发生因为爆破震动的危害出现[1]。

1 矿山爆破振动

结合我们每次谨慎设计的单响起爆药量与外围村民构建筑物内感受到的震动，我们颇有困惑，这么远的距离与位置不应该有这么强烈的建筑物晃动。当然我们也知道最直观的方式就是在村民住处安装测振仪来测量震动幅度，但条件所限，我们的测振仪布置在了矿山起爆点之后，或在警戒圈之外，这要比民房的位置更靠近我们起爆点，测出来震动幅度按道理来说远比民房处的要大，但是我们收集了很多次的爆破震动记录，测出的数据均小于爆破震动安全允许标准值。

图1 2020年爆破振动统计

图2 爆破振动监测

2 共振破坏

针对这一现象我们排除人体感知强度与实际震感的差异以后，进行合理推测，爆破震动是否会引起其他因素导致设计警戒范围之外的民房损坏。

推测一：共振破坏原理。

我们基于爆破震动公式得出的安全警戒范围，基本上只考虑震动幅度的大小给构筑物所造成的损害，而没有考虑爆破产生的震动频率恰好与建筑物的固有频率相接近时，使得建筑物发生了共振，从而出现共振破坏。

3 警戒范围

在传统爆破震动公式计算出的警戒范围区域（图3图4的区域二）外，可以保证爆破震动振幅不会破坏建筑物。假设在一个狭窄区域内（图3图4的区域三），震动频率衰减到建筑物固有频率，使得建筑物发生了共振破坏。因此我们应当考虑在划定完爆破震动警戒范围后，再计算出一个爆破震动频率圈，对于处在这个爆破震动频率圈内的建筑物给予重点防护。以上推测基于爆破震动频率衰减较慢，区域三内建筑物建筑形式较为统一，共振频率大致相同。区域三有个较为明显的特征，在区域一，人在建筑物内能感受到明显的爆破震动，在区域二和区域四人在室外和室内都没有感受到震动，而在区域三内，人在建筑物内能明显感受到震动，建筑物因爆破震动引发的因素而发生损坏的可能性加大。如何确定和找到区域三，主要可以从两个方面入手，一是归纳爆破震动数据，推算出爆破震动频率递减公式；二是测定不同建筑类型的共振频率，二者相结合，方能确定共振区域的大致范围，并对共振范围的建筑物加以保护[2]。

图3 爆破警戒范围示意图

图4 爆破警戒范围示意图

4 地形因素导致震动放大原理

我国的露天矿大部分为山坡露天矿，开采区域海拔一般要高于当地居民建筑物的海拔高度。在作业区的爆破震动大部分呈现出由高到低的传播方向。参考任东帅《边坡对地震动加速度谱值影响的有限元分析》中提到，1971年的菲律宾圣费尔南多地震时，地震研究者发现帕克依玛坝的加速度记录比其他地方要高得多，后来通过对地震响应实测结果进行研究，发现建筑物的地震响应与其所处的地形有关。这些观测研究表明，地震发生时局部不规则地形存在局部的地震放大效应，也就是地形放大效应。作者为了确定边坡最地震小樱的放大程度以及影响范围，进行了数值模拟，分析其加速度谱值的特征，经研究结果表明：①地震影响系数的放大倍数与斜坡的高度、角度有密切联系，斜坡高度越高，放大倍数也越大。②对于高度60m以内的岩质边坡，水平地震影响系数的放大倍数在1.6倍以内，当检测位置距离坡定点大于8H（H为坡高）时，放大倍数均小于1.1倍，当监测位置距离坡定点大于10H时，放大倍数均小于1.03倍，可以忽略不计。③坡面形状会影响放大效应，凹面坡和凸面坡均会增大放大效应等。

以上研究的都是地形对于地震波的传播影响，且地震波的传播方向均为由低海拔至高海拔，可以看到坡面地形会对地震波的传播产生放大效应。爆破震动波的传播方向虽然大部分由高海拔传向低海拔，结合工程实际情况推测，坡面地形也会对爆破震动产生震动放大效应。建议在沿用之前的爆破震动经验公式时，可新增一个地形放大效应系数，系数的大小应根据坡面地形的坡度的大小和爆破震动传播高差来确定。

我们可以从图5中看出，在平面上的建筑物受到的爆破震动伤害主要是爆破震动横波的作用，纵波的损害相对较小。但是在坡面上的建筑物则会受到爆破震动产生的横波与纵波的叠加损害，这也是从一个侧面证明了地形会对爆破震动产生放大效应。

图5 振动波纹示意图

5 总结

在计算爆破震动警戒范围时应，应新增共振破坏和地形放大效应两个因素，加强重点区域的建筑物防护等级。以上两点推测还应在以后不断的爆破震动检测中积累相关数据，通过数据梳理出更精准的公式及影响参数。