地下金屬礦爆破振動衰減規律及影響研究

邊 境，葉圖強，郭 君

(1.唐山簡道教育培訓學校，河北 唐山 063000；2.廣東宏大爆破股份有限公司，廣州 510623；3.昆明理工大學，昆明650093；4.唐山學院，河北 唐山 063000)

爆破振動受到爆源、炸藥量、起爆方式、傳播途徑等多種因素影響。建(構)筑物結構、地基特性、建(構)筑物與地基的連接方式，以及施工質量等因素都與最終的爆破振動程度有關。所以，爆破振動是與建(構)筑物以及傳播過程中的地質條件等多種因素相關的復雜現象[1-3]。

目前我國爆破振動主要參照國家標準《爆破安全規程》(GB 6722—2014)[4]。此標準是爆破行業最高標準，對不同類型保護對象的質點峰值振速和主振頻率都作了相應的規定，并明確以不同主振頻率所對應的質點振動速度為主要判據。

《爆破安全規程》(GB 6722—2014)對于“礦山巷道”安全允許質點振動速度的規定為：當f≤10 Hz時，安全允許質點振動速度為15～18 cm/s；當10 Hz50 Hz時，安全允許質點振動速度為20～30 cm/s。

云南某金屬礦是地下礦山，采用大直徑深孔采礦法進行開采，一次爆破量較大。為保護該礦井下相關巷道和硐室等設施，減少爆破振動對礦山的影響，有必要對重要區域進行現場爆破振動測試。設置爆破振動測點時，除了遵循爆破振動監測的相關規定，還要根據該礦的采礦工藝、采場爆破技術參數和礦山實際情況，優選測點位置。

1 爆破振動現場監測

1.1 爆破振動監測系統

本階段爆破振動監測采用5套TC-4850N型網絡測振儀，如圖1所示。

圖1 爆破振動監測系統工作原理圖Fig.1 Sketch of blasting vibration monitoring system

1.2 測點的選擇與布置

根據《爆破安全規程》(GB 6722—2014)的要求，將5個測點布置在15#采場和19#采場北側回風巷道內。監測點布置情況如圖2所示，每次監測前按照圖3安裝爆破振動測試儀。

圖2 爆破振動測點布置圖Fig.2 Sketch of monitoring points for blasting vibration

圖3 爆破振動測試儀現場安裝圖Fig.3 Field setup of blasting vibration meters

2 爆破振動監測結果與分析

2.1 爆破區域與測點距離

進行了7次井下現場爆破振動監測。爆破區中心與測點的距離如表1所示。

表1 爆破區中心與測點距離表

2.2 爆破振動監測結果與分析

監測過程中，共獲得30組質點峰值振動速度、主振頻率數據，均為有效數據。各次爆破振動監測結果如表2所示。

由表2可知，7次監測結果中，最大單段藥量為448 kg，最大質點振動速度為9.005 1 cm/s。監測的30組數據結果，質點振動速度均小于《爆破安全規程》(GB 6722—2014)中“礦山巷道”的安全允許值。

表2 爆破振動監測數據匯總表

2.3 井下爆破振動衰減規律

根據爆破振動傳播理論，質點振動速度主要與裝藥量及測點與爆源之間的距離有關。質點峰值振速衰減公式[2]如下：

(1)

因式(1)中V和ρ不是線性關系，故需將公式轉換成線性關系式才能回歸，從而得出相應的K、α值。將式(1)等號兩邊取對數得到如下線性形式：

lgV=αlgρ+lgK

(2)

在所取有效數據充分時，可按數理統計原理的最小二乘法對式(2)進行回歸。這一回歸方法所依據的原則是使所有觀測值與其對應的回歸值誤差的平方和達到極小值。

對于N組監測數據，即N個測試點：

lgK=[Σ(lgρ·lgV)×Σlgρ-ΣlgV×

Σ(lgρ)2]/[(Σlgρ)2-NΣ(lgρ)2]

(3)

式中“∑”符號表示對所有N點的相應數據求和，求得未知量K和α如下：

K=10lgK

(4)

α=[Σlgρ×ΣlgV-NΣ(lgV·lgρ)]/

[(Σlgρ)2-NΣ(lgρ)2]

(5)

圖4為爆破振動質點速度的擬合曲線圖。擬合出場地系數K和衰減系數α：場地系數K=1 036.812 0，衰減指數α=2.156 7。

圖4 爆破振動質點速度的擬合曲線Fig.4 Fitting curve of PPV

井下監測區域范圍內爆破振動質點振動速度衰減規律公式為：

(6)

3 井下重要硐室爆破振動校核

井下重要設施主要包括變電硐室及附屬設備。共有3個硐室，其中心點坐標見表3。井下重要硐室方位如圖5所示。

圖5 井下重要硐室方位圖Fig.5 Locations of important chambers

表3 井下重要硐室坐標

按照式(6)，上述7個爆破區最大單段藥量控制在396.8 kg，3個硐室在7次爆破中的預測振速見表4～10。

表4 第一次爆破時硐室預測振速

表5 第二次爆破時硐室預測振速Table 5 Predicted PPV of chambers for the second blasting

表6 第三次爆破時硐室預測振速

表7 第四次爆破時硐室預測振速

表8 第五次爆破時硐室預測振速Table 8 Predicted PPV of chambers for the fifth blasting

表9 第六次爆破時硐室預測振速

表10 第七次爆破時硐室預測振速

對照《爆破安全規程》(GB 6722—2014)中礦山巷道的控制標準，由表4～10可知，最近的硐室最大預測值為18 cm/s，在安全允許范圍內。

4 結論

采用TC-4850N測振儀，進行了7次爆破振動測試，分析了重要硐室的爆破振動速度值。通過研究得出如下結論：

2)在大直徑深孔爆破最大段藥量448 kg的條件下爆破，井下爆破振動滿足《爆破安全規程》(GB 6722—2014)中“礦山巷道”安全允許質點振動速度的規定。

3)通過井下重要硐室的爆破振動預測分析，認為最大單段藥量控制在396.8 kg爆破規模下，爆破振動對硐室不會產生破壞影響。