漆佳裕，楊朝云，周 鷺，陳 斌，劉 樺，涂欣強(qiáng)

（江西銅業(yè)集團(tuán)銀山礦業(yè)有限公司，江西 德興 334200）

1 研究背景與尾礦庫現(xiàn)狀

隨露天礦邊坡的穩(wěn)定性因素很多，比如巖體結(jié)構(gòu)及構(gòu)造、節(jié)理裂隙發(fā)育程度、巖體的物理力學(xué)性質(zhì)、原地下采空區(qū)巷道等工程地質(zhì)條件，同時(shí)也包括邊坡角度、外界條件（雨水、爆破擾動(dòng)）以及邊坡的服務(wù)年限等。由于露天開采強(qiáng)度較大，生產(chǎn)爆破作業(yè)較頻繁，因此爆破地震波對邊坡穩(wěn)定性影響在露天開采礦山中顯得比較突出。

2 工程概況

銀山礦業(yè)露天采場生產(chǎn)供礦能力5000t/d，一期設(shè)計(jì)最低標(biāo)高-180m，封閉圈標(biāo)高72m，初步設(shè)計(jì)的最終邊坡角為45°［1］。礦區(qū)邊坡巖體工程地質(zhì)特性復(fù)雜，且局部邊坡巖體內(nèi)部存在原井下開采的采空區(qū)和巷道，邊坡在擴(kuò)幫過程中像東北部、西北部、南部邊坡局部巖層曾發(fā)生滑坡、崩落、塌陷等地質(zhì)災(zāi)害。在后期開采過程中，隨著采剝深度的增加，邊坡安全問題受爆破振動(dòng)的影響將越來越突出［2］。

銀山礦業(yè)露天采場生產(chǎn)爆破采用中深孔臺(tái)階拋擲爆破技術(shù)。爆破參數(shù)如下：臺(tái)階高度12m，孔深13.5～14m，孔徑152mm/140mm，孔網(wǎng)參數(shù)多采用5m×3.5m、5m×3m和5.5m×3.5m，采用梅花型布孔方式，利用混裝乳化炸藥車現(xiàn)場裝藥，炸藥單耗0.99kg/m3。采區(qū)臨近邊坡采用預(yù)裂爆破技術(shù)，其爆破參數(shù)如下：孔徑110mm，孔間距1300/1400mm，傾角65°，孔深13m，裝藥線單耗0.8kg/m，采用間隔不耦合裝藥。

3 爆破振動(dòng)測試實(shí)驗(yàn)

3.1 測振技術(shù)路線與振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)

針對銀山礦業(yè)露天采場的現(xiàn)場情況，在靠幫區(qū)域或軟弱結(jié)構(gòu)面區(qū)域通過測點(diǎn)優(yōu)化布置，進(jìn)行多次爆破振動(dòng)監(jiān)測，獲取足夠的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，然后分析擬合爆破振動(dòng)的場地系數(shù)及衰減指數(shù)，得出爆破影響區(qū)域的爆破振動(dòng)衰減規(guī)律，對銀山礦業(yè)露天采場的爆破規(guī)模提出合理化建議，為礦山以后的爆破設(shè)計(jì)提供科學(xué)有效的技術(shù)支持，盡量減少爆破振動(dòng)對邊坡的影響，保證礦山的安全生產(chǎn)［3］。具體技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 爆破振動(dòng)測試及減振技術(shù)研究技術(shù)路線

目前我國在爆破振動(dòng)對邊坡的影響研究領(lǐng)域主要有《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2014）、《非煤露天礦邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB51016-2014）、《金屬非金屬露天礦山采場邊坡安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（AQ2063-2018）和《水電水利工程爆破安全監(jiān)測規(guī)程》（DL/T 5333-2005）標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范。銀山礦業(yè)露天采場屬于金屬露天礦山中深孔爆破，爆破振動(dòng)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況并結(jié)合國內(nèi)外礦山經(jīng)驗(yàn)值，靠幫邊坡質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度應(yīng)小于24cm/s。

此外，《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2014）還規(guī)定了爆破振動(dòng)安全允許距離計(jì)算公式。

式中：R為爆破振動(dòng)安全允許距離，m；Q為炸藥量，齊發(fā)爆破為總藥量，延時(shí)爆破為最大單段藥量，kg；V為保護(hù)對象所在地安全允許質(zhì)點(diǎn)振速，cm/s；K，α為與爆破點(diǎn)至保護(hù)對象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，應(yīng)通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定；在無試驗(yàn)數(shù)據(jù)的條件下，可參考表1選取。

表1 爆區(qū)不同巖性的K、α值

3.2 測振儀器

監(jiān)測系統(tǒng)一般包括傳感器、監(jiān)測儀、存儲(chǔ)體、電腦幾大部分組成，如圖2所示。

圖2 爆破振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)示意圖

監(jiān)測振動(dòng)參量分為速度、加速度、位移。從理論上來講，速度、加速度和位移各振動(dòng)參量之間，通過積分、微分，是可以相互轉(zhuǎn)化的。但是由于實(shí)際儀器的頻寬、噪音、線形誤差、靈敏性和輸入輸出幅度的限制等問題的存在，每種儀器只有一定的監(jiān)測范圍和分辨能力。如儀器可測最大振幅為100mm時(shí)，1mm的幅值已接近判斷誤差。所以，測量到大幅值的頻率成分時(shí)，小幅值的頻率成分已被噪聲和誤差所掩沒了［4］。因此，在具體工程監(jiān)測時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要，選用合適的監(jiān)測系統(tǒng)，確定合理的量測范圍。

本次爆破振動(dòng)監(jiān)測采用的是成都泰測科技有限公司生產(chǎn)的Mini系列爆破測振儀。該監(jiān)測系統(tǒng)由傳感器、振動(dòng)監(jiān)測儀和微型計(jì)算機(jī)等組成，如圖3所示。

圖3 爆破振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)圖

3.3 爆破振動(dòng)現(xiàn)場監(jiān)測

3.3.1 測點(diǎn)選擇與布置方法

技術(shù)人員對露天采場進(jìn)行了現(xiàn)場爆破振動(dòng)監(jiān)測。按照工程地質(zhì)分區(qū)的要求，共設(shè)置有3個(gè)測振區(qū)，每個(gè)測振區(qū)布置5個(gè)測點(diǎn)，監(jiān)測到4個(gè)爆破區(qū)的爆破振動(dòng)信號。下圖為爆破區(qū)及測振區(qū)測點(diǎn)布置圖4。

圖4 爆破區(qū)及測振區(qū)測點(diǎn)布置圖

測點(diǎn)布置按照“近密遠(yuǎn)疏”的原則布置，根據(jù)爆破位置以及現(xiàn)場生產(chǎn)情況將5個(gè)測點(diǎn)分別布置在各臺(tái)階坡腳處。監(jiān)測點(diǎn)布置如圖5所示。

圖5 爆破振動(dòng)測點(diǎn)布置圖

測試的4個(gè)爆破區(qū)的坐標(biāo)如表2所示：

表2 爆破區(qū)中心坐標(biāo)

4個(gè)爆破區(qū)中心與3個(gè)測振區(qū)各測點(diǎn)的距離分別如表所示。

（1）第一爆破區(qū)位于北側(cè)-36m平臺(tái)，有30個(gè)炮孔，孔徑150mm，孔距5.5m，排距3.5m，平均孔深14.5m，采用現(xiàn)場混裝乳化炸藥，連續(xù)裝藥，孔內(nèi)延時(shí)結(jié)合孔外延時(shí)，單孔或兩孔同時(shí)起爆，實(shí)際最大單響藥量為410kg（兩孔同時(shí)起爆，一個(gè)孔210kg，另一個(gè)孔200kg）。

第一爆破區(qū)由5個(gè)測振點(diǎn)進(jìn)行測試。其中，1#、2#和3#測振點(diǎn)位于-36m平臺(tái)，4#、5#測振點(diǎn)位于-24m平臺(tái)。爆破區(qū)中心與測振區(qū)各測點(diǎn)的距離如表3所示。

（2）第二爆破區(qū)位于西南側(cè)-48m平臺(tái)，有20個(gè)炮孔，孔徑150mm，孔距5.5m，排距3.5m，平均孔深17m，采用現(xiàn)場混裝乳化炸藥，連續(xù)裝藥，孔內(nèi)延時(shí)結(jié)合孔外延時(shí)，逐孔起爆，實(shí)際最大單響藥量為250kg。

第二爆破區(qū)由5個(gè)測振點(diǎn)進(jìn)行測試。測振點(diǎn)位于72m平臺(tái)。爆破區(qū)中心與測振區(qū)各測點(diǎn)的距離如表4所示。

（3）第三爆破區(qū)位于東側(cè)-48m平臺(tái)，有34個(gè)炮孔，孔徑150mm，孔距5.5m，排距3.5m，平均孔深14m，采用現(xiàn)場混裝乳化炸藥，連續(xù)裝藥，孔內(nèi)延時(shí)結(jié)合孔外延時(shí)，單孔或兩孔同時(shí)起爆，實(shí)際最大單響藥量為400kg（兩孔同時(shí)起爆，每個(gè)孔200kg）。

第三爆破區(qū)由5個(gè)測振點(diǎn)進(jìn)行測試。測振點(diǎn)位于72m平臺(tái)。爆破區(qū)中心與測振區(qū)各測點(diǎn)的距離如表5所示。

表3 第一爆破區(qū)中心與測振區(qū)測點(diǎn)距離

（4）第四爆破區(qū)位于東側(cè)-60m平臺(tái)，有46個(gè)炮孔，孔徑150mm，孔距5.5m，排距3.5m，平均孔深14m，采用現(xiàn)場混裝乳化炸藥，連續(xù)裝藥，孔內(nèi)延時(shí)結(jié)合孔外延時(shí)，單孔或兩孔同時(shí)起爆，實(shí)際最大單響藥量為380kg（兩孔同時(shí)起爆，每個(gè)孔190kg）。

第四爆破區(qū)由5個(gè)測振點(diǎn)進(jìn)行測試。測振點(diǎn)位于72m平臺(tái)。爆破區(qū)中心與測振區(qū)各測點(diǎn)的距離如表6所示。

3.3.2 爆破振動(dòng)監(jiān)測結(jié)果

監(jiān)測過程中，共獲得13組質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度、加速度、主振頻率有效數(shù)據(jù)。各次爆破振動(dòng)監(jiān)測結(jié)果如7、表8、表9所示。

表4 第二爆破區(qū)中心與測振區(qū)測點(diǎn)距離

表5 第三爆破區(qū)中心與測振區(qū)測點(diǎn)距離

表6 第四爆破區(qū)中心與測振區(qū)測點(diǎn)距離

表7 第1次爆破振動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總表

表8 第2次爆破振動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總表

表9 第3次爆破振動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總表

4 爆破振動(dòng)衰減規(guī)律

對于特定的地震波傳播前提而言，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度主要受爆破藥量和測點(diǎn)與爆源的間距的影響［5］。質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度與裝藥量、距離、場地系數(shù)K和衰減指數(shù)α的數(shù)學(xué)關(guān)系如下：

式中：

V為質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度，cm/s。取三分量監(jiān)測數(shù)據(jù)的最大值；Q為炸藥量，齊發(fā)爆破時(shí)為總裝藥量，毫秒延時(shí)爆破時(shí)為最大一段裝藥量，kg；R為測點(diǎn)與爆源中心的距離，m；K為與巖石性質(zhì)、爆破方法等因素有關(guān)的系數(shù)，即場地系數(shù)；α為與地質(zhì)條件有關(guān)的地震波衰減指數(shù)；ρ為比例藥量，

因上述衰減公式中V和ρ不是線性關(guān)系，故需將公式轉(zhuǎn)換成線性關(guān)系式才能回歸，從而得出相應(yīng)的K、α值。將公式等號兩邊取對數(shù)得到如下線性形式。

在所取有效數(shù)據(jù)充分時(shí)，可按數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理的最小二乘法對上式進(jìn)行回歸。這一回歸方法所依據(jù)的原則是使所有觀測值與其對應(yīng)的回歸值誤差的平方和達(dá)到極小值。

對于N組監(jiān)測數(shù)據(jù)，即N個(gè)測試點(diǎn)：

式中“∑”符號表示對所有N點(diǎn)的相應(yīng)數(shù)據(jù)求和，求得未知量K和α如下。

在剔除出明顯的數(shù)據(jù)噪音之后，擬合出與爆破點(diǎn)與測點(diǎn)間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)K和衰減系數(shù)α：場地系數(shù)K=328.02，衰減指數(shù)α=1.809。

5 結(jié)論

（1）銀山礦業(yè)露天采場監(jiān)測區(qū)域范圍內(nèi)爆破振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度衰減規(guī)律公式為。

（2）在鄰近采場最終境界或永久邊坡的靠幫邊坡爆破時(shí)，宜采用預(yù)裂爆破等控制爆破技術(shù)，優(yōu)化爆破參數(shù)，進(jìn)一步加強(qiáng)減振控制技術(shù)研究［6］。

（3）優(yōu)化孔網(wǎng)參數(shù)和爆破網(wǎng)路，控制爆破總孔數(shù)，排數(shù)控制在4排以內(nèi)，減少齊發(fā)爆破總藥量，進(jìn)一步減小爆破振動(dòng)。

（4）局部需要保護(hù)的永久邊坡，炮孔孔徑152mm改為140mm，減小齊發(fā)爆破藥量，減小爆破振動(dòng)。