数码电子雷管微差爆破振动影响因素分析

李二宝 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）

工程爆破技术广泛应用于露天、水利、铁路等行业领域，爆破作业带来极大的施工效率的同时，其产生的爆破公害也不容忽视［1-4］。国内外学者针对爆破振动影响因素进行了诸多研究。孙冰等［5］结合不同破坏机制下的爆破振动安全判据研究现状，指出现阶段爆破振动研究的发展方向有建立快速、准确的爆破振动优势因素评价系统，利用三维数值模拟方法分析建筑结构易损构件，制订具有人性化的爆破振动安全标准，开发基于无线网络技术的爆破振动智能分析系统。吕虎波等［6］研究了隧洞爆破开挖引起上覆高速公路路面振动响应特征及衰减规律，得出了隧洞已开挖部分的自由面，有效地削弱了爆破地震波效应，加快了爆破振动衰减；邹南荣等［7］分析了露天台阶深孔爆破时台阶地形对峰值振动速度的影响规律，得出了坡顶质点振速放大系数并不随台阶高度的增大呈正相关，而是当其超过某临界值后，其放大系数随台阶高度增大而减小。

上述研究大多针对于爆破振动传播特性、控制措施及安全判据方面，对于数码电子雷管微差爆破网路爆破振动影响因素的研究较少。为此，本研究设置6种炮孔延期时间方案，针对距离爆源60～200 m的范围，采取方差分析及萨道夫斯基分析方法，分析不同爆心距、不同延期时间对爆破振动速度的影响规律。

1 试验设计

1.1 试验矿山概况

试验矿山为典型的近城矿山，且主要岩性为次火山岩闪长玢岩和花岗闪长斑岩，普氏硬度系数f=8～15，爆破振动传播特性较好。为降低爆破振动对周边环境的影响，爆破设计总药量一般不超过5 t，采用微差逐孔起爆网路。

矿山台阶高度为12 m，采用直径200 mm炮孔穿孔设备及170 mm袋装岩石乳化炸药，炮孔超深为1～1.5 m，每孔装药量约240 kg，最大段药量为最大单孔装药量。

1.2 试验方案

为分析炮孔间延期时间对爆破振动的影响规律，设置6种炮孔间延期方案：8，16，24，32，48和72 ms，开展数码电子雷管不同延期时间下的爆破试验。沿台阶坡顶线布置1排试验炮孔（4～8个），每2个炮孔为1组，单孔装药量约240 kg。

共计开展4次单排孔现场试验，共穿凿钻孔24个，总炸药量为5 340 kg，数码电子雷管消耗48个，最大段装药量为240 kg，乳化炸药总消耗量为5 340 kg，总爆破方量为10 950 m3。试验方案设计汇总见表1。

根据《爆破安全规程》相关规定及试验炮孔位置特点，在距离试验炮孔200 m范围内由近至远依次布置6个爆破振动监测点［8-12］，对不同炮孔延期方案所产生的爆破振动进行监测。

2 试验结果及分析

2.1 基于方差分析的爆心距单因素影响分析

统计不同试验方案下的监测点振动大小情况，采用方差分析手段，将爆心距作为唯一影响因素，绘制不同爆心距时的单因素监测结果，见表2。

根据表2可知，在同一条件下，由于爆破振动效应受多种因素干扰与测量误差的影响，爆破振动速度结果的存在一定差异。假设每次试验结果的爆破振动速度服从正态分布，对不同爆心距下的爆破振动速度进行方差分析，首先计算得出不同爆心距下14次重复试验结果的和、平均值及方差（表3），进一步得出方差分析各统计量的值（表4）。

由表4可知，统计量F值39.96大于Fcrit值2.33，且P-value小于0.05，可得出爆心距对爆破振动速度值具有显著影响，为了定量分析爆心距对爆破振动速度的影响，进一步对上表中相关系数R2进行计算。在不考虑其它影响因素的前提下，得出爆心距对爆破振动速度的影响为71.72%，R2为0.719 2，具有较强相关性。表明在各项因素相同的条件下，爆心距与爆破振动速度大小具有较强相关性，与常规研究结论一致。

2.2 基于方差分析的爆心距、延期时间双因素影响分析

将爆心距、延期时间2个因素作为影响爆破振动速度的主要因素，提取不同试验方案下的监测点振动大小情况，绘制不同爆心距、延期时间时的双因素监测结果［13］，见表5。

依据表5，采用统计分析软件对样本数据进行双因素方差分析，得出各计算参数及统计量（表6、表7），进一步得出各方差分析统计量（表8）。

由表8可知：统计量F值大于Fcrit的值，且P-value的值小于0.05。进一步对相关系数R2进行计算，在不考虑其它影响因素的前提下，得出爆心距及延期时间双因素对爆破振动速度的影响相关系数R2为0.900 8，具有较强相关性。可以得出爆心距及延期时间双因素对爆破振动速度值具有显著影响，且爆心距及延期时间双因素影响相关系数（0.900 8）大于爆心距单因素影响相关系数（0.719 2），进一步得出延期时间对于爆破振动速度具有一定的影响性。因此，在爆破实践工作中，在微差爆破方案及调整爆心距的基础上，还可以通过调整炮孔间延期时间，实现降低爆破振动的目的。

2.3 基于萨道夫斯基回归分析的延期时间单因素影响分析

根据现场试验测得的爆破振动速度数据，借助数值分析软件，采用萨道夫斯基公式对其进行回归分析［14-15］，得到6种延期方案下，以为横坐标，lnV纵坐标的爆破振动速度预测模型（图1）。

根据回归预测分析模型，分别绘制不同延期方案下的爆破振动速度—最大段装药量变化曲线，如图2所示。

可以得出：在距离爆源60～200 m时，当最大段装药量一致时，延期时间对爆破振动速度大小具有较大影响；且不同延期时间对爆破振动速度的影响趋势相同，6种延期方案按照爆破振动速度由大到小排列依次为48，24，8，16，72，32 ms。

3 结论

（1）通过对爆破振动速度影响的方差分析，得出爆心距单因素对爆破振动速度的影响相关系数为0.719 2，具有较强相关性；爆心距与延期时间双因素对爆破振动速度的影响相关系数为0.900 8；爆心距及延期时间双因素对爆破振动速度值具有显著影响，进一步得出可以通过调整炮孔间延期时间，实现降低爆破振动的目的。

（2）对试验结果进行萨道夫斯基回归分析，得出距离爆源60～200 m时，延期时间对爆破振动速度大小具有较大影响；当最大段装药量一致时，不同延期时间对爆破振动速度的影响趋势相同，6种延期方案按照爆破振动速度由大到小排列依次为48，24，8，16，72，32 ms。

（3）本研究从数学分析的角度验证了延期时间、爆心距对爆破振动速度的影响规律，这与采用炮孔干扰降振理论得出的结论一致。后续需进一步开展不同矿山的现场试验，验证本研究结论。