和尚桥铁矿露天爆破孔间微差间隔优选试验研究*

顾红建 李 明 仪海豹 陈能革

（1.中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司；2.马鞍山矿山研究院爆破工程有限责任公司；3.安徽马钢矿业资源集团有限公司）

露天矿山爆破开采产生的爆破振动是主要爆破危害之一，对于周边建（构）筑物的安全造成一定影响，且易于引发矿山企业与周边百姓的矛盾纠纷，不利于社会和谐稳定［1-5］。针对马钢和尚桥铁矿生产爆破振动危害控制难题，采用数码电子雷管开展不同微差时间的爆破振动对比试验，研究适宜的孔间微差间隔，指导生产爆破振动控制，促进矿山与周边区域的融合协调发展。

1 矿山概况

马钢和尚桥铁矿是典型的近城区矿山，周边村庄、企业及生产设施等众多，爆破环境复杂，对矿山爆破安全要求高［6］。矿山西北侧距离雨山区智能装备产业园300 m，距大毛库村280 m；东北侧距甘库村580 m；西侧距高速公路收费站1 km，距宁安高铁线路1.5 km；西南侧距离瑞泰马钢新材料公司492 m；南侧距离红桥村340 m。

矿山生产规模为300万t/a，台阶高度为12 m；采用逐孔微差爆破，孔径为200 mm，采用φ170 mm乳化炸药。矿山频繁爆破作业产生的爆破地震效应，对周边居民、企业的正常生产生活造成一定负面效应，为大幅削弱生产爆破振动对周边的影响，亟待开展减振爆破技术研究。

2 现场爆破试验

2.1 试验方案

考虑到矿山爆破炮孔直径相对固定，不具备调整的条件，而炮孔起爆微差时间的可操控性强，因此，开展不同微差时间下的现场爆破试验，掌握微差时间对爆破振动的影响规律。

现场试验在矿山-60～-72 m台阶进行，为消除雷管自身起爆误差对试验结果的影响，这里采用高精度数码电子雷管进行试验；试验炮孔深度为14 m，每孔装药量为240 kg，堵塞长度≥5.4 m。每次试验布置2个炮孔为一组，每组炮孔间微差时间分别为8，16，24，32和48 ms，每孔2发数码雷管同时起爆；相邻2组试验的时间间隔设置为5 s，以避免2组试验的相互影响。炮孔布置及起爆时间见图1。

采用TC-3850型爆破振动记录仪在距离爆区200 m范围内布置多个振动监测点，进行现场振动数据采集工作，以开展不同方案下的振动数据对比分析，研究确定合适的孔间微差时间，为生产爆破振动控制提供指导依据。

2.2 试验结果

根据现场爆破振动监测数据，可以得到不同微差时间下测点振动速度分布情况，见图2。

由图2可知，不同微差时间的测点振动速度表现出一定的离散性特点，但整体而言，随着爆破测点距离的逐渐增加，各测点的振动速度皆表现为衰减趋势；且测点与爆区的距离越小，爆破振动速度降幅越显著；当测点距离增大后，振动速度降低幅度逐渐减小，即近区振动速度衰减快，远区则衰减慢。

2.3 微差爆破效果分析

炸药爆破产生的爆破地震效应受到多种因素的影响，如爆源的位置、装药量、爆破方式、传播介质和局部场地条件等［7-11］。对于爆破振动衰减规律分析，常规方法是采用萨道夫斯基公式进行回归分析，获得爆破振动速度与装药量和距离等的函数关系［12-15］：

式中，V为质点振动速度，cm/s；Q为炸药量，齐发爆破为总药量，延时爆破为最大单段药量，kg；R为爆源至保护建筑的距离，m；K、α为与爆破点至保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数，应通过现场试验确定。

考虑到现场爆破试验的炮孔装药量相同，为进一步探究不同延期时间下爆破振动速度变化规律，这里忽略单孔装药量的影响，根据现场爆破振动测试数据，采用指数函数进行回归分析，得到了不同延期时间的爆破振动速度拟合公式，见表1；回归系数R2均达到0.91以上，说明回归公式可靠性高。

注：y为振动速度，cm/s；x为距离，m。

根据表1中的爆破振动速度回归公式，可以计算得到同等距离下不同微差时间下的爆破振动速度，见图3。

由图3可知，随着测点距离的不断增加，各个微差时间下的爆破振动速度皆表现出衰减趋势；且在距离为80 m范围内，测点爆破振动速度降幅较为显著，随后逐渐趋于平缓。同时，对于爆破近区，当微差时间为16 ms时，测点振动速度相对最小，且距离越小，振动速度越小；当微差时间为48 ms时，测点振动速度整体上最大；对于距离增大后的远区，各个微差时间对爆破振动速度的影响已经不明显，各曲线的振速差值逐渐减小。

为进一步掌握微差时间对测点振动速度的影响规律，这里得到不同微差时间下振动速度曲线，见图4和图5。可以看出，微差时间对爆破振动速度影响较为明显；相同距离下，随着微差时间的增大，振动速度表现出“先增大—后减小—再增大—再减小”的波浪形变化规律。

在爆破近区，当测点距离在40 m范围内时，微差时间为16 ms时爆破振动速度最小，微差32 ms时次之；当距离增加到60 m时，微差时间为32 ms时振动速度开始变为最小，微差时间16 ms时次之；而微差时间为48 ms时的振动速度皆为最大。

3 微差时间优选分析

爆破振动速度越小，越有利于建筑物的安全，因此应选择振动速度最小的微差时间。当爆破近区有需保护的建筑物时，适宜采用孔间微差16 ms；当远区有需保护的建筑物时，适宜采用孔间微差32 ms。

当前矿山采用的主要是澳瑞凯导爆管雷管，微差时间类型包括9，17，25，42，65，400 ms；结合澳瑞凯雷管的规格，这里采用线性差值法得到微差17和25 ms时对应不同距离的振动速度，见表2。可以看出，微差时间为17 ms时振动速度普遍小于微差25 ms的振动速度，仅在距离60～100 m时略大。因此，在距离爆区60～100 m内有需要保护的建（构）筑物时，推荐采用孔间微差25 ms，其他区域推荐采用孔间微差17 ms，以最大程度削弱爆破振动对建（构）筑物的影响。

4 结 论

（1）相同装药量条件下，采用指数函数可以对不同微差时间的爆破振动速度进行回归分析，且回归精度高；结果表明，随着测点距离的增加，爆破振动速度表现出整体衰减趋势，且在距离80 m范围内，振速衰减程度明显，随后逐渐减小。

（2）孔间微差时间对测点爆破振动速度影响明显，且对近区影响程度大于远区；随微差时间的增加，测点振速呈现“先增大—后减小—再增大—再减小”波动规律；对于爆破近区，适宜采用孔间微差16 ms；对于远区适宜采用32 ms，不宜采用微差48 ms。

（3）根据试验研究成果，结合澳瑞凯高精度导爆管雷管的段别情况，在距离爆区60～100 m内有需要保护建（构）筑物时，推荐采用孔间微差25 ms，其他区域采用孔间微差17 ms。