英坪矿山爆破震动的分析与研究

英坪矿山爆破震动的分析与研究

摘要：在英坪矿山爆破施工过程中，为降低爆破震动对边坡和周围建筑物的影响，根据实测爆破震动数据，通过对爆破震动波的拟合分析、爆破参数的优化，最终得出爆破震动的水平衰减规律及在不同传播方向上差异，提出了合理的爆破方案，对今后的矿山安全生产和岩土工程爆破具有重要的应用价值和实践意义。 关键词：岩土爆破;爆破震动;衰减规律;爆破防护 中图分类号：TU746 5 文献标识码： A 文章编号：

随着现在科学技术的发展，爆破技术也越来越多的应用于建筑领域，由于爆破可以减少挖方量、提高岩土的破碎率、围堰的支护平整等工程，可以极大的减少工程照价，岩土爆破技术也逐渐走向成熟[1-3]。瓮福磷矿英坪矿山以露天开采做为主要开采方式，随着矿山年生产规模的扩大，岩土爆破施工中主要以大吨位装药、大方量爆破为主，矿山爆破产生的震动越来越明显。因此研究矿山爆破地震波的传播规律，减少爆破震动危害十分重要。本文通过对不同爆破方案所产生的震动波进行拟合回归分析及比较震动在不同方向上传播的差异，为瓮福磷矿英坪矿山的爆破方案设计提供了依据。

1 工程背景

英坪矿山是瓮福磷矿设计开采的首采矿段，地处喀斯特地形地貌，矿体倾角较缓，主要为碳氟磷灰石，矿石中脉石矿物主要为白云岩，次为石英、微量水云母粘土矿物。平均地质品位32.56%，岩石储量10314.22万t，平均剥采比4.84t/t。受断层及沟谷影响，分成几块进行露天开采。设计年产量250万t/a。

主要采用中深孔爆破进行破矿作业，平均爆破周期为2 ~3天。每次爆破孔数在45 ~120个，钻孔直径为165mm，最大孔深12m，最小孔深9m，底盘抵抗线6m，孔网参数4m×6m，单孔最大装药量170kg；采用岩石2#乳化炸药装，药结构采用连续柱状装药；起爆方式采用逐孔微差爆破方式，即采用非电雷管进行孔内外连接，孔内用起爆弹作为起爆器。 由于在矿山周围有需要保护的建筑物，因此爆破震动一直是困扰矿山爆破的主要因素，直接影响了矿山的生产进度，降低了企业的经济效益。

2 监测方案设计

测点布置主要采用以下依据[4-5]：

(1)明确测点布置的目的，爆破震动在垂直和平行于爆区中心线上的震动差值较大，沿

1

两条主线布置测点，是为了较好的探测震动在两条主线上的传播规律；

(2)测点尽可能的布置在较为完整的基岩上，这样是为了减少由于地层松动导致的爆破震动误差；

(3)震动测试仪传感器应布置三维传感器或单向分轴传感器，以测得震动在径向、垂向、切向上的传播；

(4)由于测试误差的不可排除性，在震动测试时，尽量选择两台仪器一起进行测试，取均值以减小误差。

为了分析爆破震动在水平方向不同位置的传播规律，将测点分别布置在垂直和平行于爆区中心线150m、200m、250m位置处。

测点位置布置平面图见图2。

图2 水平测点布置平面

3数据监测结果及分析

3.1监测结果

本次试验共使用6台爆破测试仪器，通过将近一个月的测试，共得到6×6组有效实验数据。试验数据见表1。

通过对表1的直观分析，发现爆破震动径向速度在0.100~2.170cm/s；切向速度在0.096~1.500cm/s；垂向速度在0.096~2.075cm/s。选取典型三相时程信号如图3所示。

2

图3 典型爆破震动波形图

3.2回归分析

岩石介质的震动矢量是由相互垂直的三个方向的矢量和求得的，常采用垂直震动速度最为判断的依据。由于爆破震动衰减与炸药量、距离、地形及爆破方式等有关，推导的公式有很多种，一般土木、矿山工程常采用萨道夫斯基公式[6-8] ：

(1)

表1 爆破震动监测数据记录

单孔最

爆破次数

仪器编号

总药量 (T)

大药量 (kg)

测振位置

距离 (m)

径向(X) 速度 (cm/s)

切向(Y) 速度 (cm/s)

垂向(Z) 速度 (cm/s)

1

2

3

1-1 1-2 1-3 1-4 1-5 1-6 2-1 2-2 2-3 2-4 2-5 2-6 3-1 3-2 3-3 3-4 3-5 3.8 3.8 3.8 3.8 3.8 3.8 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 120 120 120 120 120 120 126 126 126 126 126 126 130 130 130 130 130 ∥ ∥ ∥ ⊥ ⊥ ⊥ ∥ ∥ ∥ ⊥ ⊥ ⊥ ∥ ∥ ∥ ⊥ ⊥ 150m 200m 250m 150m 200m 250m 150m 200m 250m 150m 200m 250m 150m 200m 250m 150m 200m

3

0.316 0.2 0.100 0.765 0.671 0.361 1.415 0.759 0.671 2.170 0.675 0.9 0.312 0.298 0.100 0.382 0.333 0.232 0.141 0.1 0.673 0.595 0.478 1.500 0.904 0.595 1.093 0.971 0.634 0.206 0.194 0.140 0.208 0.188 0.357 0.284 0.143 0.683 0.621 0.508 1.237 0.518 0.621 2.075 0.714 0.693 0.2 0.170 0.096 0.394 0.190

4

5

6

3-6 4-1 4-2 4-3 4-4 4-5 4-6 5-1 5-2 5-3 5-4 5-5 5-6 6-1 6-2 6-3 6-4 6-5 6-6 2.3 6.9 6.9 6.9 6.9 6.9 6.9 6.4 6.4 6.4 6.4 6.4 6.4 2 2 2 2 2 2 130 100 100 100 100 100 100 91 91 91 91 91 91 80 80 80 80 80 80 ⊥ ∥ ∥ ∥ ⊥ ⊥ ⊥ ∥ ∥ ∥ ⊥ ⊥ ⊥ ∥ ∥ ∥ ⊥ ⊥ ⊥ 250m 150m 200m 250m 150m 200m 250m 150m 200m 250m 150m 200m 250m 150m 200m 250m 150m 200m 250m 0.133 0.316 0.259 0.092 0.859 0.329 0.157 0.086 0.280 0.259 0.661 0.458 0.348 0.728 0.863 0.603 0.835 0.753 0.524 0.118 0.290 0.220 0.063 0.430 0.262 0.096 0.198 0.150 0.220 1.184 0.684 0.534 0.828 0.381 0.205 0.810 0.684 0.3 0.115 0.245 0.176 0.118 0.308 0.205 0.176 0.233 0.180 0.176 0.494 0.336 0.251 0.594 0.499 0.417 0.4 0.531 0.467

注：∥-指在平行于爆破中心线方向上的测点1-3；⊥-指在垂直于爆破中心线方向上的测点4-6。

结合表1的试验数据和统计学原理，对数据进行拟合回归分析，得出该矿在垂直与平行于爆破中心线方向上的K、α值（表2）以及在不同方向上的拟合曲线（图4）。

表2 实测爆破震动回归方程

测点方向 ∥

⊥

径向回归方程 V=117.80(Q1/3/R)1.82 V=128.45(Q1/3/R)1.47

切向回归方程 V=92.35(Q1/3/R)1.48 V=109.90(Q1/3/R)1.

垂向回归方程 V=137.90(Q1/3/R)1.43 V=1.29(Q1/3/R)1.44

图4 不同方向上的拟合曲线

3.3横纵向传播比较分析

通过比较爆破震动在垂直与平行于爆破中心线方向上的速度的大小，可以直观的看出自由面对爆破震动的影响，对应求解爆破震动的比值得出爆破震动三向时程间的比值见表3。

4

图5 爆破震动横纵向传播比较图 表3 爆破震动横纵向比值

径向横纵向比值

1.9352

切向横纵向比值

2.1390

垂向横纵向比值

1.5610

从表3可以看出，爆破震动在垂直于爆破震动中心线方向比在平行于中心线方向要大的多，震动差值能高达2倍以上。 4 结论

通过对爆破震动数据拟合及震动波形分析，得知震动受传播介质的影响较大，周围介质和传播方向可极大的改变震动波的衰减规律。因此，在以后的工程施工应该注意以下几点： 1)通过对数据进行拟合曲线分析，可以看出所测数据大都在拟合曲线附件，测点值相对比较集中，验证了爆破震动数据的正确性和衰减规律公式的可使用性。

2) 在布置爆区时，尽量将爆区中心线平行于被保护建筑物，减小爆破震动在传播过程中的叠加作用，以达到降震的目的。

3）尽可能的采用逐孔起爆技术，与一般微差爆破相比，逐孔起爆振动波主频比一般爆破要高，高频成分多，不易引起共振现象。

4)在爆破施工过程中，严格控制最大单孔装药量和总药量，合理的控制微差时间，减少爆破震动的累计作用，尽量减少每次爆破的震动强度。

5)按设计要求施工。钻孔要严格按照设计孔网参数和布孔位置作业，不随意改变装药量，仔细检查起爆网路、起爆顺序。

6）随着爆破深度的加大，爆破震动多产生的放大效应会逐渐增加，在后期爆破过程中要时刻爆破参数，对地质条件进行再分析，重新审查爆破震动是否对地基造成的影响，避免对地表构建筑物的二次灾害。

参考文献：

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[1] Prof.WANG Xuguang.New Development On Engineering Blasting[M].Metallurgical Industry Press.2009.

[2] 郑晓,李万斌,周益龙.紫金东坪金矿的爆破震动测试与研究[J].采矿技术，2010；10(4): 121-123

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Analysis and research of vibration about water’s edge

blasting in Yingping Mining

Abstract: During the blasting excavation construction of Yingping Mining. In order to decrease the influence to neighboring environment. By goodness the vibration of blasting and optimize blasting parameter, finally, we get different blasting scheme maybe cause different blasting vibration wave and the difference propagation at the different directions. It is vital important to the blasting project in future.

Key Words: Rock blasting; Blasting vibration; Attenuation law; Blasting protection

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