張建強

（攀鋼礦業(yè)公司白馬鐵礦，四川 攀枝花 617000）

1 引言

攀鋼新白馬礦業(yè)有限責(zé)任公司白馬鐵礦位于四川省攀枝花市米易縣白馬鎮(zhèn)，田家村采場于2011年基建剝離工程完成后，已成為公司的主體鐵礦山之一。目前采場主要開拓位置在1765－1810m，采用4臺CL560Y型160mm潛孔鉆進(jìn)行穿孔，7臺760型挖機進(jìn)行鏟裝，60噸歐曼汽車進(jìn)行運輸。采場地理位置復(fù)雜，東臨白馬選廠5000kt半自磨，相距200米，北臨小清彎村，相距300米。隨著產(chǎn)量的日益增大，爆破次數(shù)增加，采場爆破震動對附近農(nóng)民的生產(chǎn)、生活產(chǎn)生嚴(yán)重影響，特別是采場深孔爆破產(chǎn)生的爆破震動，給附近農(nóng)民帶來了很大影響，導(dǎo)致企農(nóng)關(guān)系緊張。為了解決這一問題，減少爆破地震效應(yīng)產(chǎn)生的危害，采取相應(yīng)措施控制爆破地震效應(yīng)的影響。

2 爆破地震效應(yīng)與破壞判據(jù)

根據(jù)爆破介質(zhì)的不同，炸藥爆炸后有2%～20%的能量轉(zhuǎn)換為地震波，當(dāng)?shù)卣鸩▊鞑サ降乇恚瑢鸬乇碚饎?，即為爆破振動。在爆區(qū)一定范圍內(nèi)，當(dāng)爆破震動強度達(dá)到一定值時，能夠引起地表建筑物和設(shè)施不同程度的破壞，因此爆破地震波引起的破壞現(xiàn)象及后果稱為爆破地震效應(yīng)。

2.1 爆破震動強度的物理量

爆破震動強度用介質(zhì)質(zhì)點的運動物理量來描述，包括質(zhì)點位移、速度和加速度。在工程實際中，多用質(zhì)點振動速度來代表地震波強度，大量的研究和實際測試表明，質(zhì)點振動速度與單段炸藥量的立方成正比，與至爆源的距離成反比。

V為質(zhì)點振動最大速度，單位:cm／s；K為與爆破條件有關(guān)的系數(shù)；Q為單段裝藥量，單位:kg；R為測點到藥包中心的距離；單位:m；a為與地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)。

2.2 爆破地震的波形

實際記錄的爆破地震波波形可通過相關(guān)儀器記錄，波形分析所需要的是震動的最大值，即質(zhì)點震動的最大位移、最大震動速度和最大震動加速度。在對爆破地震波波形進(jìn)行分析的過程中，將波形圖的初始階段稱為初震相，中間振幅較大的一段稱為主震相，后一段稱為余震相。如圖1所示，主震相振幅最大，所以破壞性最大，通常將其作為爆破地震破壞依據(jù)。爆破地震波的峰值與裝藥量、至震源的距離有關(guān)，并隨之變化而變化。

圖1 爆破地震波形圖

2.3 爆破震動破壞判據(jù)

為保證建筑物的安全，需將爆破震動強度控制在一臨界值內(nèi)。若超過此臨界值，就會引起建筑物的破壞，這個爆破震動強度臨界值成為爆破震動判據(jù)。國家《爆破安全規(guī)程》按質(zhì)點振動速度作為判定爆破振動強度的判據(jù)，并規(guī)定了不同類型建筑物的爆破震動安全允許標(biāo)準(zhǔn)，見表1。

表1 爆破地震安全速度（V）值

3 控制爆破地震效應(yīng)的措施

為了控制爆破地震效應(yīng)，技術(shù)人員結(jié)合國內(nèi)外長期的研究，針對采場實際提出以下措施以便有效控制爆破地震效應(yīng)。

（1）合理選擇炸藥品種。炸藥的密度與爆速的乘積波阻抗越接近介質(zhì)的波阻抗值，其震動速度越大，炸藥的波阻抗大于介質(zhì)的波阻抗，震動強度顯著增加，反之減小。因此選用低爆速、低密度炸藥，可獲得顯著的降震效果。

（2）控制最大段裝藥量。由爆破震動計算公式（1）可以看出，震動與最大段藥量成正比，因此控制單段用藥量是控制震動強度最有效的措施。將一次爆破藥量分成多段毫秒微差起爆，這樣在總藥量不變的情況下，震動可以降低很多。

（3）優(yōu)化孔網(wǎng)參數(shù)。為達(dá)到安全、合理之目的，使炸藥均勻地分布在被爆巖體中，防止能量過于集中，達(dá)到減小爆破振動強度的目的。在爆破設(shè)計中要選取合理的孔網(wǎng)參數(shù)則要求:①是炮孔密集系數(shù)要大于1；②是采用大孔距小排距爆破技術(shù)。

（4）選取合適的炸藥單耗。炸藥單耗，是爆破設(shè)計中計算炸藥量的一個非常重要的參數(shù)，它除對保證爆破效果起決定作用外，還影響著爆破振動的強度。過大的炸藥單耗，會使爆破振動和空氣沖擊波增大，并引起巖塊過度移動或拋擲。

（5）選擇合適裝藥結(jié)構(gòu)。在其它條件相同或相似的情況下，在爆破中采用孔內(nèi)不耦合裝藥、空氣間隔裝藥或孔底空氣墊層裝藥，可控制初始爆壓和作用于介質(zhì)上的沖擊壓力。

（6）采用適當(dāng)?shù)谋祁愋?。爆破試驗研究得知，松動條件良好的炮孔爆破，即靠近自由面的炮孔爆破時產(chǎn)生的爆破振動小，因此，爆破施工中必須有充分的自由空間，配合微差技術(shù)，使所有炮孔均能有良好的自由空間，以便使炮孔爆破后，特別是后排炮孔爆破后產(chǎn)生的壓縮波可以從這些自由面反射，獲得最大的松動，以達(dá)到降低爆破振動的效果。

（7）調(diào)整爆破傳爆方向。爆破施工中，爆源與被保護(hù)對象的相對方位不同，其振動影響也不同。在最小抵抗線上，爆破地震強度最小，反向最大，兩側(cè)居中。而最小抵抗線是爆破拋擲的主導(dǎo)方向，從減震和控制飛石兩方面綜合考慮，應(yīng)使被保護(hù)建筑物位于最小抵抗線側(cè)面，從而降低爆破震動對其的影響。

（8）防止采用過大的超深，過大的超深也會增加爆破的震動。

（9）必要時可預(yù)裂爆破形成一定寬度的預(yù)裂縫或預(yù)開挖減震溝槽。為了提高減震效果，預(yù)裂孔和溝應(yīng)有一定的超深。

4 爆破方案實施

根據(jù)田家村采場實際和上述控制爆破震動措施，在爆破設(shè)計時就考慮降低爆破震動效應(yīng)。

4.1 爆破參數(shù)選取

（1）單段最大齊爆藥量Q:根據(jù)采場實際，確定田家村采場1780m臺階西幫爆區(qū)，測量出爆區(qū)離北部小清灣最近村民建筑物直線距離R＝220m。根據(jù)公式（1）變換得

根據(jù)爆區(qū)爆破條件與地質(zhì)條件，按國家《爆破安全規(guī)程》規(guī)定，K＝150，a＝1.5，V＝1cm／s（土窯洞、土坯房、毛石房屋的允許爆破震動安全速度），計算得單段最大齊爆藥量Q＝470kg。

（2）底盤抵抗線:Wd≥Hctgα＋B＝15×ctg75°＋2＝6m。式中H為臺階高度，H＝15m；α為臺階坡面角，取75°；B為前排孔的中心至臺階坡頂線的安全距離，取2m。

（3）孔間距:a＝mWd，m為炮孔密集系數(shù)，取 m＝1～1.25，得 a＝6～7.5m，選取7m。

（4）排間距b:根據(jù)炮孔負(fù)擔(dān)面積公式，結(jié)合本爆區(qū)巖石的硬度特點及以往的爆破經(jīng)驗，取b＝4米

（5）超深 h:h＝（10～15）D＝1.6～2.4m，式中D為炮孔直徑，D＝160mm。

（6）單位炸藥消耗量q:根據(jù)巖石堅固性系數(shù)及田家村采場爆破實際經(jīng)驗，炸藥單耗q＝0.50～0.60kg／m3，前排取小值，后排取大值。

（7）單孔裝藥量Q單:

前排單孔炸藥藥量Q單＝qaWdH＝0.50×7×6×15＝315kg后排單孔炸藥藥量Q單＝qabH＝0.60×7×4×15＝252kg

上述計算中單耗Q為預(yù)估值，實際爆破時結(jié)合現(xiàn)場實際進(jìn)行調(diào)整。

4.2 爆破規(guī)模及起爆方式

該爆區(qū)已形成完整的臺階，爆破環(huán)境較好，鉆孔前稍加清除巖基表面覆蓋層，以利于鉆機定位及防止鉆孔時堵塞炮孔。布孔時應(yīng)注意使被保護(hù)建筑物位于附近炮孔的最小抵抗線側(cè)面。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，爆區(qū)采取4排，三角形布孔，為方便下個爆區(qū)的生產(chǎn)，爆區(qū)形狀為梯形，最前排11孔，最后排8孔，合計38孔。

炸藥選用易普力公司抗水乳化基質(zhì)炸藥，為了方便機械化連續(xù)裝藥，采用孔內(nèi)耦合間隔裝藥或底部空氣墊層裝藥，根據(jù)實際情況調(diào)整間隔距離，但必須保證填塞高度不小于4m。

由于在垂直于炮孔連心線上地震速度較大，因此根據(jù)爆區(qū)條件和被保護(hù)建筑物情況，進(jìn)行清渣爆破，并盡量使炮孔連心線遠(yuǎn)離被保護(hù)建筑物，以便起到一定的減震作用。

單段最大裝藥量Q＝470kg＜2Q單，所以起爆方式只能采用逐孔起爆，并嚴(yán)格要求網(wǎng)絡(luò)連接時，避免兩孔同時起爆。本爆區(qū)設(shè)計孔內(nèi)選用400ms延時雷管，地表主控排雷管采用17ms，地表列間雷管采用42ms，當(dāng)爆區(qū)形狀不規(guī)則時，只需在此基礎(chǔ)上利用25ms和65ms地表延期雷管進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整即可，具體網(wǎng)絡(luò)連接見圖2。

圖2 起爆網(wǎng)絡(luò)示意圖

4.3 爆破飛石的安全距離

爆破飛石是指爆破時個別或少量脫離爆堆飛得較遠(yuǎn)的碎石或碎塊，為了避免爆破飛石對建筑物或其他設(shè)備造成損壞，必須確定飛石的安全距離。

根據(jù)經(jīng)驗公式計算得:Rf＝KфD＝16D＝16×160＝256m，式中Rf為飛石的飛散距離，單位:m；Kф為安全系數(shù)，取16，D為炮孔直徑，此處D＝160mm。

由于飛石安全距離Rf大于被保護(hù)建筑物到爆區(qū)距離R，則要求爆破警戒范圍不小于400m，并必須采取以下措施控制爆破飛石。

（1）精心設(shè)計，嚴(yán)格施工，認(rèn)真檢查炮孔的位置、質(zhì)量，裝藥前認(rèn)真校核各藥包的最小抵抗線，如有變化，及時修改藥量。

（2）保證填塞質(zhì)量，不但要保證填塞長度，而且要保證填塞密實，填塞物中避免夾雜碎石。

（3）調(diào)整最小抵抗線方向，以便控制飛石的方向。

（4）對被保護(hù)建筑物設(shè)立屏障和在爆破巖體上覆蓋防護(hù)物。

4.4 爆破效果分析

本次爆破總藥量9.5t，爆破總量約4.5kt。為了驗證理論計算的正確性并獲取實際的爆破震動效應(yīng)參數(shù)，供以后生產(chǎn)爆破設(shè)計參考，此次爆破由中南大學(xué)采用分別在東、西、北四個測震點（三個方向最近建筑物，北部小清灣最近建筑物2個測振點）安裝爆破震動儀，對保護(hù)對象方向的爆破震動衰減規(guī)律進(jìn)行測試。爆破后，爆堆分布符合設(shè)計要求，爆堆附近未發(fā)現(xiàn)個別飛石，周圍設(shè)備及被保護(hù)建筑物完好無損，根據(jù)測試，四個測點最高質(zhì)點振動速度0.76cm／s，小于允許的安全振動速度1.0cm／s，有效保護(hù)了周圍建筑的安全。

4.5 存在問題

（1）本次爆破受爆區(qū)條件所限，規(guī)模較小。為了提高鉆機和挖機的工作效率，尤其縮小鉆機的待孔時間，采用逐孔起爆方式，可提高爆區(qū)的規(guī)模，孔數(shù)可增加到80～100個。

（2）繼續(xù)改進(jìn)和完善爆破參數(shù)，在控制爆破震動效應(yīng)的基礎(chǔ)上，提高炮孔利用率，降低炸藥單耗，為我礦安全生產(chǎn)帶來良好的經(jīng)濟(jì)及社會效益。

（3）爆破后存在掌子面不平整問題，在設(shè)計中可適當(dāng)增大最后一排炮孔的排距和縮小間距。

5 結(jié)語

爆破地震效應(yīng)是爆破三大公害中最嚴(yán)重的公害，由于受爆破方法、地形地質(zhì)等影響較大，即使在同一地區(qū)也會發(fā)生很大變化，因此在實際操作中要嚴(yán)格按要求施工，杜絕多裝藥、亂裝藥，加強炮孔填塞，采用逐孔起爆等，最大限度使附近建筑物不受損害，避免因爆破引起的企農(nóng)糾紛，確保采場正常生產(chǎn)。

［1］言志信，吳德倫，王漪，等.地震效應(yīng)及安全研究［J］.巖土力學(xué)，2003.

［2］廟延剛，欒龍發(fā)，等.爆破工程與安全技術(shù)［M］.化學(xué)工業(yè)出版，2007.

［3］吳立，閆天俊，周傳波，等.鑿巖爆破工程［M］.中國地質(zhì)大學(xué)出版，2005.