袁小兵

（錫礦山閃星銻業(yè)有限責(zé)任公司，湖南冷水江 417500）

爆破地震效應(yīng)控制技術(shù)在錫礦山銻礦的應(yīng)用

袁小兵

（錫礦山閃星銻業(yè)有限責(zé)任公司，湖南冷水江 417500）

錫礦山銻礦為安全開(kāi)采各類殘礦和保安礦柱，使用爆破振動(dòng)記錄儀測(cè)試了井下爆破振動(dòng)強(qiáng)度，分析了爆破振動(dòng)對(duì)井下和地表建（構(gòu)）筑物穩(wěn)定性影響，預(yù)測(cè)了爆破振動(dòng)的安全距離和一次爆破允許的安全裝藥量，為礦山各類殘礦和保安礦柱開(kāi)采爆破設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

爆破地震；爆破振動(dòng)；安全距離；安全裝藥量

錫礦山閃星銻業(yè)有限責(zé)任公司銻礦開(kāi)采歷史悠久，由于以前采用落后的采礦方法和解放前亂采濫挖，留下了許多殘礦有待開(kāi)采，各類殘礦量總礦石量超過(guò)150萬(wàn)t。同時(shí)，由于當(dāng)時(shí)歷史條件的限制，許多工業(yè)和民用建筑建設(shè)在礦體之上，下覆礦體被劃定為保安礦柱，較大規(guī)模的保安礦柱有飛水巖礦床的南煉廠保安礦柱、南礦辦公室保安礦柱、一號(hào)豎井保安礦柱、飛水巖河床保安礦柱、老礦山礦床的五窿道保安礦柱等，總礦石量超過(guò)300萬(wàn)t。隨著該礦資源的逐漸枯竭，對(duì)殘礦和保安礦柱資源進(jìn)行開(kāi)采勢(shì)在必行。

該礦礦體為緩傾斜似層狀，其開(kāi)采方法普遍采用空?qǐng)龇?，嗣后一次充填處理采空區(qū)，落礦方式為淺眼爆破。在淺部老采空區(qū)和工業(yè)、民用建（構(gòu)）筑物及設(shè)施下開(kāi)采礦體進(jìn)行爆破作業(yè)，常常會(huì)造成地面以及地面上的一切物體產(chǎn)生顛簸和搖晃等爆破地震效應(yīng)。當(dāng)爆破地震波的強(qiáng)度達(dá)到一定程度時(shí)，還可能造成爆區(qū)周圍的地表或建（構(gòu)）筑物及設(shè)施的破壞。因此，為安全開(kāi)采殘礦和保安礦柱資源，該礦與科研院所和學(xué)校合作，實(shí)行產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合，對(duì)礦山開(kāi)采過(guò)程中產(chǎn)生的爆破地震效應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)的觀測(cè)和研究，以避免爆破對(duì)地表和井下結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生破壞。

1 爆破地震效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理及其控制

1.1 爆破地震效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)埋

爆破地震與天然地震一樣，都是由于能量釋放，并以地震波形式向外傳播，引起地表與井下結(jié)構(gòu)物振動(dòng)而產(chǎn)生的破壞效應(yīng)。它們?cè)斐傻钠茐某潭扔侄际艿匦?、地質(zhì)等因素的影響。但天然地震發(fā)生在地層深處，其造成破壞的程度主要決定于地震能量（震級(jí)）與距震源的遠(yuǎn)近。爆破地震的裝藥則是在地表淺層爆炸的，其造成破壞的程度主要決定于裝藥量與距震源的遠(yuǎn)近。

當(dāng)裝藥在固體介質(zhì)中爆炸時(shí)，爆炸沖擊波和應(yīng)力波將其附近的介質(zhì)粉碎、破裂（分別形成壓碎圈和破裂圈），當(dāng)應(yīng)力波通過(guò)破裂圈后，由于它的強(qiáng)度迅速衰減，再也不能引起巖石的破裂而只能引起巖石質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生彈性振動(dòng)，這種彈性振動(dòng)是以彈性波的形式向外傳播，與天然地震一樣，也會(huì)造成地面的震動(dòng)，這種彈性波就稱為爆破地震波。

由爆破引起的振動(dòng)，常常會(huì)造成爆破源附近的地面以及地面上的一切物體產(chǎn)生顛簸和搖晃，凡是由爆破所引起的這種現(xiàn)象及其后果均稱為爆破地震效應(yīng)。當(dāng)爆破地震波的強(qiáng)度達(dá)到一定的程度時(shí)，可以造成爆區(qū)周圍的地表或建（構(gòu)）筑物及設(shè)施的破壞。因此，為了研究爆破地震效應(yīng)的破壞規(guī)律，找出減小爆破地震強(qiáng)度的措施和確定出爆破地震的安全距離，需要對(duì)爆破地震效應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)的觀測(cè)和研究。

1.2 爆破振動(dòng)速度與破壞程度的關(guān)系

1.2.1 爆破振動(dòng)強(qiáng)度的衡量標(biāo)準(zhǔn)

爆破地震破壞的強(qiáng)弱程度稱為振動(dòng)強(qiáng)度或振動(dòng)烈度。振動(dòng)強(qiáng)度可用地面運(yùn)動(dòng)的各種物理量來(lái)表示，如質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度、位移、加速度和振動(dòng)頻率等。但是，通過(guò)對(duì)大量爆破振動(dòng)量測(cè)數(shù)據(jù)研究后得出，用質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度來(lái)衡量爆破振動(dòng)強(qiáng)度更為合理。

目前我國(guó)也和大多數(shù)國(guó)家一樣，以質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度作為衡量爆破振動(dòng)烈度的判據(jù)。一般情況下，把爆破振動(dòng)速度控制在《爆破安全規(guī)程》規(guī)定的范圍內(nèi)，可以保證正常結(jié)構(gòu)物不致受到破壞。特殊環(huán)境下實(shí)施爆破時(shí)可以根據(jù)結(jié)構(gòu)物的實(shí)際抗震能力及設(shè)計(jì)抗震烈度值來(lái)確定其爆破振動(dòng)速度的極限值。

1.2.2 爆破振動(dòng)速度與破壞程度關(guān)系

巖石開(kāi)始破壞的振動(dòng)速度是50～100 cm／s。我國(guó)雖未制定統(tǒng)一規(guī)程，但有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可供參考（表1），不同振動(dòng)速度下結(jié)構(gòu)物的破壞程度見(jiàn)表2。

表1 地面最大振動(dòng)速度υmax與破壞現(xiàn)象的關(guān)系

1.2.3 建筑物允許的爆破振動(dòng)速度及其控制

對(duì)于一般的建筑物，許多國(guó)家在實(shí)際應(yīng)用中，將“墻壁的抹灰層出現(xiàn)裂縫或脫落”視為“開(kāi)始破壞”，并以此為標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定建筑物允許的振動(dòng)速度。根據(jù)我國(guó)房屋建筑的實(shí)際情況、建筑材料、結(jié)構(gòu)、新舊狀況及破壞程度各不相同，抗震能力差別很大，一律采用5 cm／s進(jìn)行設(shè)防。

爆破振動(dòng)速度與裝藥量、距離、土石特性、爆破方法、爆破參數(shù)、地形及方向等因素有關(guān)，該礦一般情況下把爆破振動(dòng)速度控制在1 cm／s以內(nèi)，可以保證任何正常結(jié)構(gòu)物不致受到損壞。為了避免爆破振動(dòng)對(duì)地表建筑物產(chǎn)生破壞性的影響，必須嚴(yán)格按照被保護(hù)目標(biāo)的抗震能力及其爆點(diǎn)的相對(duì)距離等確定的單段最大起爆藥量進(jìn)行裝藥和分段，單段爆破裝藥量應(yīng)控制在相應(yīng)的范圍內(nèi)：10 kg時(shí)安全距離為45 m；20 kg時(shí)安全距離為65 m；25 kg時(shí)安全距離為75 m；30 kg時(shí)安全距離為90 m。

表2 不同振動(dòng)速度下結(jié)構(gòu)物的破壞程度

2 爆破振動(dòng)試驗(yàn)及結(jié)果

2.1 爆破振動(dòng)試驗(yàn)條件

錫礦山銻礦包括老礦山、童家院、飛水巖及物華等四個(gè)工業(yè)礦床，礦體賦存于上泥盆統(tǒng)佘田橋組（D3S2）灰?guī)r段、砂巖段和中泥盆統(tǒng)棋梓橋組（D2q）灰?guī)r段的硅化灰?guī)r中，呈多層的似層狀、側(cè)羽狀產(chǎn)出，f＝10～20；上覆頂板為厚層或夾層頁(yè)巖，f＝3～4。賦存礦體的硅化灰?guī)r，一般致密堅(jiān)硬，穩(wěn)固性好，但在斷層附近，巖溶（空洞）發(fā)育，巖石破碎呈半膠結(jié)狀態(tài)，賦存礦體部位還存在層間破碎帶和礦石的溶蝕空洞，而且上覆為鈣質(zhì)頁(yè)巖與泥晶灰?guī)r互層的軟弱層，穩(wěn)定性差，易發(fā)生板狀坍塌冒落等工程問(wèn)題，屬中等類型巖體。

試驗(yàn)地點(diǎn)選擇在錫礦山銻礦老礦山礦床五窿道58～64號(hào)勘探線之間的探礦巷道內(nèi)。其試驗(yàn)條件與工業(yè)生產(chǎn)條件相同，以使試驗(yàn)獲得的結(jié)果能為采礦爆破設(shè)計(jì)提供直接的依據(jù)。

試驗(yàn)巷道位于礦體下盤，圍巖為灰?guī)r或硅化灰?guī)r，巖石致密堅(jiān)硬，抗壓強(qiáng)度79.36～100.12 MPa。64線處爆破點(diǎn)距離地表約94 m，58線與60線之間爆破點(diǎn)距離地表約98 m。地表有公路、水溝、小溪和大量工業(yè)和民用建筑，密集程度大。

2.2 爆破振動(dòng)試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

2.2.1 地表試驗(yàn)裝置

地表試驗(yàn)裝置位于井下爆破點(diǎn)的正上方。試驗(yàn)采用四川拓普數(shù)字設(shè)備有限公司的UBOX－20016爆破振動(dòng)記錄儀，試驗(yàn)裝置如圖1所示。

圖1 UBOX－20016型爆破振動(dòng)記錄儀測(cè)試系統(tǒng)圖

爆破振動(dòng)信號(hào)的測(cè)試是通過(guò)振動(dòng)信號(hào)自記儀UBOX－20016。該儀器自帶電池，不需外接電源，與傳感器相連放在測(cè)點(diǎn)處，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的程控參數(shù)設(shè)置后啟動(dòng)信號(hào)采集，當(dāng)爆破地震波信號(hào)傳來(lái)時(shí)，自動(dòng)記錄下整個(gè)動(dòng)態(tài)波形，然后可通過(guò)USB接口與筆記本電腦連接，利用提供的配套軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。為了測(cè)試到每次爆破各個(gè)微差段的爆破振動(dòng)效應(yīng)，設(shè)置為信號(hào)自動(dòng)采集，提前預(yù)定的爆破時(shí)間2 min啟動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。

2.2.2 井下爆破試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

井下爆破試驗(yàn)設(shè)計(jì)選擇探礦平巷掘進(jìn)爆破，平巷規(guī)格為2×2 m2，使用YT－27氣腿式鉆機(jī)鉆鑿炮孔，孔深1.8 m，孔徑38～46 mm，采用中空五眼桶形掏槽方式，炮孔個(gè)數(shù)為17～19個(gè)，其炮孔布置如圖2、圖3所示。

圖2 試驗(yàn)1、3炮孔布置圖

圖2中，1～9號(hào)孔為掏槽眼與輔助眼，10～17號(hào)孔為周邊眼。圖3中，1～11號(hào)孔為掏槽眼與輔助眼，12～19號(hào)孔為周邊眼。

圖3 試驗(yàn)2、4炮孔布置圖

每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)分兩次爆破測(cè)試，首先是巷道掏槽眼與輔助眼的爆破測(cè)試，然后是周邊眼的爆破測(cè)試。爆破使用2＃巖石乳化炸藥，掏槽眼裝藥系數(shù)為90%左右，輔助眼裝藥系數(shù)60%～75%，周邊眼裝藥系數(shù)為50%～65%，用含砂的黃泥進(jìn)行炮孔填塞，填塞長(zhǎng)度不少于0.2 m。起爆采用導(dǎo)爆管非電半秒延時(shí)雷管簇聯(lián)一次點(diǎn)火。

2.2.3 測(cè)試結(jié)果

在TOPVIEW2000中通過(guò)增加分析窗按鈕對(duì)波形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，增加一波形分析顯示區(qū)，同時(shí)也可通過(guò)減少分析窗按鈕減少分析窗口。通過(guò)計(jì)算機(jī)TOPVIEW2000所測(cè)試的爆破振動(dòng)試驗(yàn)參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 爆破振動(dòng)試驗(yàn)參數(shù)

3 結(jié) 論

1.爆破作業(yè)時(shí)，在距離大于90 m所測(cè)試到的最大縱向振速小于0.1 cm／s，縱向加速度小于0.05 g。根據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB 6722－2011）規(guī)定的爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)，在距離大于90 m時(shí)的爆破振動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)物沒(méi)有破壞影響。

2.嚴(yán)格按照被保護(hù)目標(biāo)的抗震能力及其與爆點(diǎn)的相對(duì)距離等確定的一段（次）最大起爆藥量進(jìn)行裝藥和分段，單段爆破裝藥量應(yīng)控制在相應(yīng)的范圍內(nèi)：10 kg時(shí)安全距離為45 m；20 kg時(shí)安全距離為65 m；25 kg時(shí)安全距離為75 m；30 kg時(shí)安全距離為90 m。把爆破震動(dòng)引起的地面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度控制在周圍需保護(hù)設(shè)施所允許的振動(dòng)速度（即安全震動(dòng)速度）以下，確保被保護(hù)目標(biāo)的安全。

3.利用或創(chuàng)造減振條件。地形和地質(zhì)條件是影響爆破地震強(qiáng)度的一個(gè)重要因素，藥量、距離和傳播介質(zhì)相同時(shí)，低于裝藥的地面，振動(dòng)強(qiáng)度??；高于裝藥的地面，振動(dòng)強(qiáng)度大。爆破地點(diǎn)與被保護(hù)目標(biāo)之間存在的溝、壕、坑以及巖石內(nèi)部存在的裂隙等都有一定的減振作用。因此，在爆破地點(diǎn)與被保護(hù)目標(biāo)之間可開(kāi)挖防震溝；在同一爆破體上爆破其中一部分而保留另一部分時(shí)，可用預(yù)裂爆破首先在兩部之間形成預(yù)裂縫。

［1］ 王運(yùn)敏.現(xiàn)代采礦手冊(cè)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2011.

［2］ 劉翼，傅建秋，魏曉林.5 500 t硐室大爆破對(duì)邊坡的破壞影響分析［J］.采礦技術(shù)，2009，9（1）：117－119.

［3］ 熊代余，顧毅成.巖石爆破理論與技術(shù)新進(jìn)展［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2002.

［4］ 張永哲.爆破地震波傳播特性研究［J］.爆破，2000，17（S）：6－10.

［5］ GB6722－2011，爆破安全規(guī)程［S］.

Blasting Seism ic Effect Control Technology Applied in the Hikuangshan Antimony Deposits

YUAN Xiao-bing
（Hikuangshan Twinkling Star Antimony Industry Co.，Ltd.，Lengshuijiang 417500，China）

Hikuangshan Twinkling Star Antimony Industry Co.Ltd applies blasting seismic effect contron technology for safetymining various types of remnant ore and security pillar.The contron technology based on blasting vibration recorder tested underground blasting vibration strength，analyzed blasting vibration on the underground and surface construction（structures）stability，and predicted blasting vibration safe distance and safe loading dose once blasting allows，which provided the blasting design basis for all types of remnant oremining and security pillarmining.

blasting earthquake；blasting vibration；safe distance；safe loading dose

TD235.3

：A

：1003－5540（2014）05－0004－03

2014－07－09

袁小兵（1971－），男，工程師，主要從事礦山地質(zhì)技術(shù)與管理工作。