露天煤矿爆破振动速度峰值衰减规律研究

2022-12-16张爱华赵昕普

露天采矿技术 2022年6期

张爱华，赵昕普

（1.神东天隆集团股份有限公司武家塔露天煤矿，内蒙古鄂尔多斯 017000，2.五矿建设投资管理(北京)有限公司，北京 100010）

爆破振动能够导致露天煤矿发生边坡失稳和岩体崩塌[1]，也使邻近民房和人员设备具有安全隐患[2]。针对露天煤矿爆破振动的衰减规律，国内外学者进行了大量研究[3-6]。安胜杰等[7]在露天煤矿布置4 个测点，分析3 个方向爆破振速规律，发现爆心距对爆破振速的影响程度明显；胡存虎等[8]探索了露天煤矿上覆50 m 岩石的深孔抛掷爆破技术，掌握了爆破参数的确定方法；魏格平等[9]采用灰色关联分析方法研究了孔深、药量、爆心距对爆破振动传播规律的影响程度；张天文等[10]研究了爆破振动对露天矿边坡的稳定性，揭示了矿区西帮变形的关键技术参数；温延新等[11]采用PCA 和ELM 相结合的方法对露天采矿爆破振动对民房的破坏问题进行了预测分析；费鸿禄等[12]对露天煤矿爆破施工进行了声波测试，分析了爆破振动对岩体的损伤效应。基于此，考虑岩石条件、岩石的完整性及岩石的软硬程度，对露天煤矿爆破振动进行监测试验，通过拟合萨道夫斯基公式获得回归系数，分析露天煤矿爆破振动的衰减效应。

1 爆破振动监测

露天矿区以单斜构造为主，岩石地层走向N25°W，与矿区下盘工作帮坡面基本相同，倾向S65°W，倾角1°～3°，具有宽缓的波状起伏；露天矿区内岩体多为砂质泥岩、含砾砂岩、白砂岩，部分区域白砂岩完整性较好。

露天煤矿爆破参数为：台阶高度12 m，炮孔直径150 mm，按照6 m×7 m 布置炮孔，最小抵抗线4m；使用铵油炸药和非电毫秒导爆管雷管，采用孔内、排间分区微差爆破方案[13]，分区延期时间为100～150 ms。

基于露天矿区第四采区的20～60 m 宽平台进行了5 次爆破监测试验[14]。

1.1 第1 次爆破监测试验

第1 次爆破监测试验位于露天矿区60 m 平台，18 个炮孔按照3 行6 列的方式布置，非电毫秒导爆管雷管的延期时间为150 ms，爆破方法为松动爆破，第1 次爆破监测试验测点布置如图1。第1 次爆破振动试验数据见表1。

表1 第1 次爆破振动试验数据

图1 第1 次爆破监测试验测点布置

第1 次爆破监测试验岩石条件均为砂质泥岩，根据总药量和单段最大药量进行了2 次回归分析：第1 次分析时采用4 台仪器，总药量为960 kg，单段最大药量为180 kg；第2 次分析时同样采用4 台仪器，总药量为780 kg，单段最大药量为120 kg。

第1 次分析时，拟合系数K 值为252，拟合系数α 值为1.6；第2 次分析时，K 值为379，α 值为1.8；即使岩石条件相同，拟合系数中K 值和α 值也存在着差异。

由于采用松动爆破方法且个别炮孔产生拒爆，导致拒爆炮孔周围岩体未能正常破碎，且由于能量分布不均匀，导致有小石块飞出，由于最小抵抗线小于排距，导致爆破区域后侧产生部分裂隙，但裂隙宽度均小于5 cm，未对台阶造成破坏。

1.2 第2 次爆破监测试验

第2 次爆破监测试验位于露天矿区50 m 宽平台，此次爆破方法为剥离爆破，共计100 个炮孔，按照10 行10 列的方式布置，其中有60 个炮孔为浅孔，深度为6 m，非电毫秒导爆管雷管的延期时间与第1 次爆破监测试验相同。第2 次爆破监测试验测点布置如图2。第2 次爆破振动试验数据见表2。

表2 第2 次爆破振动试验数据

图2 第2 次爆破监测试验测点布置

第2 次爆破监测试验共进行了3 次回归分析，总药量分别为3 500、2 390、900 kg，对应的单段最大药量分别为70、120、60 kg；由于岩石条件改变为白砂岩，且白砂岩的完整性较好，K 值降低至146，α值降低至1.5，说明岩石条件是拟合系数的重要影响因素。

由于采用剥离爆破方法且没有炮孔产生拒爆现象，使得爆破区域岩体破碎正常，块度适中，且由于炮孔长度深浅有别，使得台阶稳定并具有良好自由面；同样由于最小抵抗线小于排距，导致爆破区域后侧产生了1 条长度约60 m，宽度约12 cm 的裂隙。

1.3 第3 次爆破监测试验

第3 次爆破监测试验位于露天矿区40 m 宽平台，32 个炮孔按照4 行9 列的方式布置，其中第1列和第9 列仅布置2 个炮孔，延期时间同样为150 ms，爆破方法为清渣爆破，第3 次爆破振动试验数据如图3。第3 次爆破振动试验数据见表3。

图3 第3 次爆破监测试验测点布置

表3 第3 次爆破振动试验数据

第3 次爆破监测试验共进行4 次回归分析，并且此时岩石条件改变为含砾砂岩，拟合系数中K 值和α 值继续减小，K 值减小至73，α 值减小至1.2。

由于提高了炸药单耗，使得爆破区域内岩体破碎更加充分，使得后期的施工更加方便；由于两侧的炮孔较少且优先起爆，对爆破振动的传播起到了阻碍作用，未对邻近民房和矿区边坡造成损伤。

1.4 第4 次爆破监测试验

第4 次爆破监测试验位于露天矿区30 m 宽平台，21 个炮孔按照3 行7 列的方式布置，采用孔内、排间分区微差爆破方案，但延期时间仍然为150 ms，第4 次爆破监测试验测点布置如图4。第4 次爆破振动试验数据见表4。

图4 第4 次爆破监测试验测点布置

表4 第4 次爆破振动试验数据

第4 次爆破监测试验总药量为1 575 kg，单段最大药量为75 kg，岩石条件同第2 次爆破试验相同，均为白砂岩，但此时白砂岩节理裂隙发育，完整性较差，导致爆破振动速度峰值有所衰减，说明岩石中裂隙、节理甚至断层等构造会减弱爆破振动效应。

由于采用孔内、排间分区微差爆破方案，使得单段最大药量降低，从而导致爆破振动速度峰值下降。从图4 可知，爆破区域左右两侧均有抵抗线，且右侧抵抗线距离大于左侧抵抗线距离，导致右侧形成了宽度约4.5～6.0 cm 的裂隙；由于此次爆破方法为抛掷爆破，使得露天煤矿台阶形成的效果良好，为后续施工提供了便捷条件。

1.5 第5 次爆破监测试验

第5 次爆破监测试验位于露天矿区20 m 宽平台，同样采用孔内、排间分区微差爆破方案，共计109 个炮孔，按照11 行且相邻2 行呈梅花状的方式布置，第5 次爆破监测试验测点布置如图5。第5 次爆破振动试验数据见表5。

图5 第5 次爆破监测试验测点布置

表5 第5 次爆破振动试验数据

第5 次爆破监测试验共进行3 次回归分析，岩石条件仍然为白砂岩，且拟合系数与第4 次爆破监测试验拟合系数近似。相比于矩形布孔，梅花形布孔方式使得爆破区域岩体破碎更加均匀且此次没有产生个别炮孔拒爆现象；抵抗线方向同样位于爆破区域的左右两侧，但由于此次爆破的炸药单耗相对提高，使得裂隙的宽度增加至0.2～1.1 m，并且裂隙的长度也有所增加，为5～40 m；此次爆破方法同样为抛掷爆破，台阶形成质量同样良好。