呂　鑫，張?jiān)?，黃金香，趙　強(qiáng)，可　杰

（1.北方爆破科技有限公司，北京100089；2.河南工程學(xué)院安全工程學(xué)院，河南鄭州451191；3.北京理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院，北京100081；4.鄭州宇通集團(tuán)有限公司，河南鄭州450016）

微差爆破降振作用振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析

呂鑫*1，張?jiān)?，黃金香3，趙強(qiáng)1，可杰4

（1.北方爆破科技有限公司，北京100089；2.河南工程學(xué)院安全工程學(xué)院，河南鄭州451191；3.北京理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院，北京100081；4.鄭州宇通集團(tuán)有限公司，河南鄭州450016）

爆破振動(dòng)對(duì)建構(gòu)筑物的穩(wěn)定性有很大的影響。運(yùn)用爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法，對(duì)橫穿某露天礦的飲水隧洞的安全性進(jìn)行分析，分析了生產(chǎn)微差爆破相對(duì)于齊發(fā)爆破的降振效果，論證露天礦的微差爆破對(duì)引水隧洞的保護(hù)性，得出了露天礦微差爆破對(duì)飲水隧洞的安全性有重要意義的結(jié)論。

爆破振動(dòng)；振動(dòng)監(jiān)測(cè)；引水隧洞；微差爆破

1　概述

現(xiàn)階段由于爆破危害爆破振動(dòng)、飛石、沖擊波、噪聲等影響人身財(cái)產(chǎn)安全的負(fù)面效應(yīng)的越來(lái)越顯著，其中爆破振動(dòng)被認(rèn)為是爆破施工中最嚴(yán)重的負(fù)面效應(yīng)，因爆破振動(dòng)過(guò)大引起的諸如滑坡、洞室坍塌、建筑物開(kāi)裂等災(zāi)害事故時(shí)有發(fā)生。隨著爆破技術(shù)的廣泛應(yīng)用，比如公路鐵路工程、隧道工程、水利工程、城市拆除工程，還有礦山生產(chǎn)。尤其是在礦山生產(chǎn)過(guò)程中，大孔網(wǎng)參數(shù)的應(yīng)用，為了爆破生產(chǎn)的安全進(jìn)行，對(duì)爆破振動(dòng)的監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)已經(jīng)成為了一個(gè)必要的手段。在爆破作業(yè)中，控制爆破振動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)體或邊坡體的破壞、控制爆破地震波的危害是十分必要的。文獻(xiàn)［1］從爆破地震效應(yīng)分析入手，對(duì)爆破地震強(qiáng)度的變化規(guī)律進(jìn)行了討論。通過(guò)對(duì)爆破荷載作用下不同巖土介質(zhì)高邊坡的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和爆破震動(dòng)對(duì)邊坡的作用機(jī)理研究，探討了爆破地震波在高差和坡度存在的巖石高邊坡介質(zhì)中的傳播機(jī)理和高陡邊坡控爆減震的基本原理。提出了爆破地震波的分離阻隔、分散裝藥減小震源能量、多段延時(shí)減小單響爆震、選用低密度低爆速炸藥及合理的裝藥結(jié)構(gòu)等的減振方法，且取得了良好的效果；文獻(xiàn)［2］提出了從爆破工藝的角度降低爆破振動(dòng)，并且運(yùn)用數(shù)值模擬的方法對(duì)降振率進(jìn)行分析，論證了緩沖爆破的降振作用。本文在以上理論的基礎(chǔ)上，通過(guò)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法，對(duì)某露天礦微差爆破降振進(jìn)行分析，以期對(duì)爆破振動(dòng)的危害控制提供理論基礎(chǔ)。

2　爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)變量分析

經(jīng)過(guò)各國(guó)學(xué)者的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要有以下幾個(gè)方面：

（1）振動(dòng)速度V；

（2）振動(dòng)加速度a；

（3）構(gòu)筑物或建筑物在爆破振動(dòng)下的反應(yīng)曲線；

（4）巖體介質(zhì)在爆破振動(dòng)下反應(yīng)的曲線。

在爆破工程中，對(duì)爆破振動(dòng)速度的監(jiān)測(cè)是最能衡量爆破振動(dòng)危害的一個(gè)方面。所以在一般的監(jiān)測(cè)中，都是監(jiān)測(cè)爆破振動(dòng)的峰值振速。

3　監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布置

測(cè)點(diǎn)的布置原則［3-7］：

（1）測(cè)試場(chǎng)地宜選擇在炮孔中心連線垂直的方向上；

（2）為了能較好地描述地振動(dòng)的變化規(guī)律，爆破振動(dòng)測(cè)點(diǎn)要足夠多，當(dāng)藥量一定時(shí)，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取各測(cè)點(diǎn)到爆心的距離；

（3）爆心距的選取應(yīng)使各測(cè)點(diǎn)的比尺距之間有一定的差距；在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)可能的條件下，為避免試驗(yàn)數(shù)據(jù)密集在某一個(gè)區(qū)域內(nèi)，相鄰二測(cè)點(diǎn)比尺倒數(shù)的對(duì)數(shù)值之差選為常數(shù)；

（4）對(duì)建筑物進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)時(shí)，選擇的測(cè)點(diǎn)分布在民房和工廠廠房等建筑物承重部位的基礎(chǔ)處，測(cè)點(diǎn)的地面保證基本平整；

（5）確定各測(cè)點(diǎn)位置，測(cè)量出各測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)（每次爆破中各測(cè)點(diǎn)的爆心距、高差）。

傳感器是反映被測(cè)信號(hào)的關(guān)鍵部位，為了能正確反映所測(cè)信號(hào)，除了傳感器本身的性能指標(biāo)滿足一定的要求外，傳感器的安裝、定位也是極其重要的。在本文的爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)中，采用TC-4850爆破震動(dòng)儀及配套的速度傳感器，安全監(jiān)測(cè)的測(cè)點(diǎn)布置在有浮渣的地面上，為了使傳感器與測(cè)點(diǎn)的表面牢固地結(jié)合在一起，直接用速凝劑將傳感器粘固在水泥地平表面上不能保證很好的耦合，所以應(yīng)用鐵釘。測(cè)線的測(cè)點(diǎn)布置在爆源中心連線上。

4　現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)及其結(jié)果分析

某隧洞貫穿整個(gè)露天礦礦區(qū)，現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)選擇該礦區(qū)的南露天礦生產(chǎn)爆破中進(jìn)行，選取爆源點(diǎn)在引水隧洞的頂部，分別為雙孔齊發(fā)爆破和雙孔微差爆破，炮孔孔徑140mm，炮孔深13m，堵塞4.5m，由于本次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究和礦山生產(chǎn)計(jì)劃之間的矛盾，故本次研究在南露天進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中未做微差時(shí)間為42ms的相關(guān)測(cè)試，雙孔微差爆破的微差時(shí)間選擇為25ms。

根據(jù)選取的爆心距和孔網(wǎng)參數(shù)，分別進(jìn)行雙孔齊發(fā)爆破和雙孔微差爆破現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。布置測(cè)點(diǎn)如圖1所示。對(duì)比分析測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)如表1所示，微差爆破各方向峰值振速的衰減率如表1所示。

現(xiàn)將表1所述的齊發(fā)爆破與微差爆破各向峰值振速及和速度隨爆心距的變化做逐一對(duì)比，如圖2～圖5所示。

圖2　水平徑向峰值振速

圖3　豎直向峰值振速

通過(guò)以上三向振速及和速度對(duì)比圖可得出結(jié)論：采用25ms微差爆破的峰值振速明顯低于齊發(fā)爆破測(cè)點(diǎn)的峰值振速，進(jìn)一步說(shuō)明了微差爆破的降振效果。為了更好地論述微差爆破的降振作用，運(yùn)用衰減率進(jìn)行分析，衰減率計(jì)算公式為：

式中：η——衰減率；

Vq——齊發(fā)爆破各節(jié)點(diǎn)處峰值振速；

Vw——微差爆破各節(jié)點(diǎn)處爆破振動(dòng)峰值振速。

由衰減規(guī)律得出衰減率如表2所示。

表2　雙孔微差和雙孔齊發(fā)爆破各方向振速衰減率

圖4　水平切向峰值振速

圖5　和速度對(duì)比圖

表2中計(jì)算出雙孔微差爆破和雙孔齊發(fā)爆破的和速度平均衰減率為ηˉh=21.29%，由此可知，在微差時(shí)間為25ms情況下，該礦區(qū)爆破振動(dòng)相對(duì)于齊發(fā)爆破得到很大程度降低（約20%）。

5　結(jié)論

本文進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)相同裝藥結(jié)構(gòu)、相同孔網(wǎng)參數(shù)條件下，分別對(duì)雙孔微差爆破和雙孔齊發(fā)爆破進(jìn)行了爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，并且對(duì)比分析了微差爆破的降振率，水平徑向降振率平均在23%，垂直方向降振率平均在25%和水平切向降振率平均在16%，和速度的降振率達(dá)到了21.3%，進(jìn)而說(shuō)明了微差爆破降低爆破振動(dòng)對(duì)隧洞的穩(wěn)定性影響有很重要的意義。

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1004-5716（2016）03-0167-03

2015-12-07

2015-12-08

呂鑫（1983-），男（漢族），山西太原人，工程師，現(xiàn)從事計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)研究工作。