唐阿敏 楊 劍 陳能革 李守愛3

（1.安徽馬鋼礦業(yè)資源集團(tuán)桃沖礦業(yè)有限公司；2.安徽馬鋼礦業(yè)資源集團(tuán)有限公司）

起爆器材是影響爆破工程安全和效果的重要因素之一［1-3］。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展，數(shù)碼電子雷管這一信息技術(shù)與傳統(tǒng)火工品制造相結(jié)合的產(chǎn)物，以其安全性高、延期時(shí)間精確的特性得到大規(guī)模推廣應(yīng)用，同時(shí)也成為爆破工程技術(shù)研究領(lǐng)域的新熱點(diǎn)。爆破振動(dòng)作為爆破工程的主要次生危害之一，歷來是該研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。根據(jù)爆破振動(dòng)產(chǎn)生的原因及傳播機(jī)理，研究者們相繼提出了多種控制和減弱爆破振動(dòng)的理論和方法，并在一定程度上獲得了良好的效果［4-6］。數(shù)碼電子雷管出現(xiàn)后，以其高精度延時(shí)特性為降振研究開辟了新的道路。

葉海旺等［7］對(duì)數(shù)碼電子雷管的減振應(yīng)用進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，最終確定了適合金堆城南露天礦生產(chǎn)爆破的孔間和排間微差時(shí)間分別為30和75 ms，降振率達(dá)38.4%；夏晨曦等［8］對(duì)高精度雷管爆破振動(dòng)信號(hào)特征進(jìn)行了研究，結(jié)果表明高精度雷管振動(dòng)信號(hào)頻帶分布較窄，90%以上的能量集中在0～100 Hz，低頻帶能量比重較大，在0～50 Hz內(nèi)的能量約占總能量的75%～90%；孟小偉等［9］研究了數(shù)碼電子雷管在城鎮(zhèn)淺埋隧道減振爆破中的應(yīng)用，研究結(jié)果表明數(shù)碼電子雷管可使爆破振動(dòng)降低50%～60%，效果十分顯著。胡浩川等［10］對(duì)數(shù)碼電子雷管精確延時(shí)爆破的減振及破碎效果進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明當(dāng)采用孔間30 ms、排間75 ms的微差時(shí)間進(jìn)行爆破時(shí)，減振效果和爆破效果最優(yōu)。

某近城鎮(zhèn)露天礦山采用中深孔爆破開采技術(shù)，礦山500 m范圍內(nèi)分布有辦公樓、居民住宅等建筑，生產(chǎn)爆破在周邊城鎮(zhèn)區(qū)域產(chǎn)生的爆破振動(dòng)較大，一定程度上影響了礦山的正常生產(chǎn)。為控制爆破振動(dòng)危害，礦山引入數(shù)碼電子雷管代替普通延期雷管，并進(jìn)行了一系列降振應(yīng)用研究，取得了良好的降振效果。本研究基于降振理論分析，以雙炮孔為主要考察對(duì)象，初步確定了控制爆破振動(dòng)的合理微差時(shí)間。在通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證后，又進(jìn)行了多排孔爆破實(shí)驗(yàn)，基本確定了適宜本礦山的數(shù)碼電子雷管降振延期設(shè)置方案，有效控制了礦山爆破振動(dòng)危害，對(duì)類似工程中數(shù)碼電子雷管的降振應(yīng)用具有參考價(jià)值。

1 礦山爆破振動(dòng)現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)分析

為了掌握該礦山目前生產(chǎn)爆破振動(dòng)實(shí)際情況，使用TC 3850型爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，對(duì)采用普通延期雷管的生產(chǎn)爆破進(jìn)行了6炮次的振動(dòng)監(jiān)測(cè)，爆破參數(shù)見表1，各炮次監(jiān)測(cè)結(jié)果見表2。

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利用薩道夫斯基公式對(duì)該礦山的爆破振動(dòng)衰減規(guī)律進(jìn)行回歸分析，得出該礦山的爆破振動(dòng)衰減規(guī)律為

式中，v為爆破振動(dòng)速度，cm/s；Q為最大段藥量，kg；R為測(cè)點(diǎn)至爆心距離，m。

由公式可以看出，由于礦山固有的地質(zhì)原因，其衰減規(guī)律中場(chǎng)地系數(shù)（k=301.63）較大，加劇了礦山爆破振動(dòng)的危害程度，因此，有效降低爆破振動(dòng)危害成為了當(dāng)前礦山亟待解決的問題。

2 數(shù)碼電子雷管降振理論分析

爆破振動(dòng)的本質(zhì)是爆炸產(chǎn)生的沖擊波衰減為爆破地震波，在介質(zhì)中傳播而引起的介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)。數(shù)碼電子雷管降振理論即以此為出發(fā)點(diǎn)，通過精確控制不同炮孔的起爆時(shí)間，控制爆破波的發(fā)生順序，使其在傳播過程中發(fā)生干涉作用，相互削弱，從而降低爆破振動(dòng)。具體來說，當(dāng)不同爆破波的發(fā)生時(shí)間間隔ΔT=nT（n=1/2、3/2、5/2……，T為爆破地震波的周期）時(shí)，各爆破波可以相互疊加削弱，降低應(yīng)力波的振幅，從而使得爆破振動(dòng)降低。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

3.1 雙炮孔現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

3.1.1 試驗(yàn)方案

由于爆破振動(dòng)波產(chǎn)生過程中受眾多因素影響，導(dǎo)致波的波形復(fù)雜多樣，頻率、周期缺少明顯規(guī)律。根據(jù)相關(guān)研究及大量的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，露天礦山中深孔爆破合理的微差時(shí)間為15～80 ms，在此范圍內(nèi)，結(jié)合工程實(shí)際，分別選擇16，28，42，56，72 ms5種微差時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)研究。

考慮到振動(dòng)波干涉作用的復(fù)雜性，為了簡(jiǎn)化研究過程，首先在該礦山進(jìn)行雙炮孔爆破現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。沿臺(tái)階臨空面布置單排炮孔，每2個(gè)炮孔為一組，組與組之間間隔10 m。炮孔布置如圖1所示。具體爆破參數(shù)與正常生產(chǎn)爆破一致，僅改變爆破總裝藥量為240 kg。在距爆破區(qū)域中心50，100，150 m處分別布置爆破振動(dòng)測(cè)試儀測(cè)量爆破振動(dòng)強(qiáng)度。為保證試驗(yàn)安全和簡(jiǎn)化試驗(yàn)程序，5組試驗(yàn)炮孔一次起爆?？紤]到測(cè)振儀器的反應(yīng)時(shí)間，同時(shí)避免先爆炮孔對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，組與組之間起爆間隔時(shí)間設(shè)置為2 000 ms。

數(shù)碼電子雷管使用流程：數(shù)碼電子雷管單發(fā)檢測(cè)→雷管入孔→設(shè)置雷管延期方案→雷管組網(wǎng)→組網(wǎng)檢測(cè)→驗(yàn)證雷管授權(quán)→充電起爆。

3.1.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

本次試驗(yàn)共測(cè)得有效振動(dòng)數(shù)據(jù)60組，其中爆破振動(dòng)合速度匯總見表3。

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為探究不同微差時(shí)間的降振效果，根據(jù)表3的數(shù)據(jù)，繪制不同微差時(shí)間下的爆心距—爆破振動(dòng)合速度曲線圖，見圖2。

由圖2可以看出，隨著爆心距的增加，各測(cè)點(diǎn)的爆破振動(dòng)強(qiáng)度在逐漸降低，但降低的幅度不一。近區(qū)處（50～100 m）爆破振動(dòng)合速度曲線斜率較大，爆破振動(dòng)強(qiáng)度下降較快；遠(yuǎn)區(qū)處（100～150 m）爆破振動(dòng)合速度曲線變緩，爆破振動(dòng)強(qiáng)度衰減速度降低。整體來說，當(dāng)延期時(shí)間為28 ms時(shí)，爆破振動(dòng)合速度曲線位于整個(gè)圖形的下側(cè)，即爆破振動(dòng)強(qiáng)度最小。據(jù)此可以初步判定28 ms是適宜的降振微差時(shí)間。

以延期時(shí)間為橫軸，爆破振動(dòng)合速度為縱軸，繪制不同距離處的延期時(shí)間—爆破振動(dòng)合速度曲線，見圖3。

由圖3可以看出，各個(gè)距離處的延期時(shí)間—爆破振動(dòng)合速度曲線大致上符合倒拋物線形狀。其中爆心距50，100 m處在延期時(shí)間28 ms時(shí)取得最小值；爆心距150 m處在延期時(shí)間42 ms時(shí)取得最小值。值得指出的是，在爆心距150 m處，雖然延期時(shí)間42 ms時(shí)取得最小爆破振動(dòng)合速度0.55 cm/s，但延期時(shí)間28 ms時(shí)的爆破振動(dòng)合速度為0.59 cm/s，僅略大于最小值。因此，雙炮孔試驗(yàn)條件下，適宜的降振微差時(shí)間為28 ms。

3.2 雙排孔現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

3.2.1 雙排孔現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案

目前礦山的正常生產(chǎn)爆破規(guī)模為一次爆破2排共10個(gè)炮孔，總藥量1.2 t。為了驗(yàn)證將雙炮孔試驗(yàn)結(jié)論推廣至雙排孔爆破的可行性，根據(jù)雙炮孔試驗(yàn)結(jié)果，優(yōu)選了16，28，42 ms3個(gè)延期時(shí)間，進(jìn)行雙排孔爆破試驗(yàn)?？紤]到礦山生產(chǎn)規(guī)模較小，每次僅爆破2排，因此不調(diào)整排間微差時(shí)間，而是采用逐孔起爆技術(shù)，孔與孔之間間隔均為16，28，42 ms，同時(shí)采用斜線爆破網(wǎng)絡(luò)，保證前排領(lǐng)先后排2～3個(gè)炮孔。具體延期時(shí)間設(shè)置見圖4（以16 ms為例）。各炮孔參數(shù)與正常生產(chǎn)爆破參數(shù)一致。

3.2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

雙排孔爆破實(shí)驗(yàn)共獲得有效爆破振動(dòng)數(shù)據(jù)為36組，其中爆破振動(dòng)合速度匯總見表4。

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參照雙炮孔實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)處理方法，繪制爆心距—爆破振動(dòng)合速度曲線，見圖5。

由圖5可以看出，雙排孔爆破試驗(yàn)中，曲線走向與雙炮孔試驗(yàn)類似，但總藥量的增加使得爆破振動(dòng)強(qiáng)度明顯增加。因此爆破振動(dòng)的影響因素中，不能僅考慮最大段裝藥量，同時(shí)還要考慮一次爆破總藥量。另一方面，雙排孔爆破試驗(yàn)中，28 ms延期時(shí)間設(shè)置仍表現(xiàn)出良好的降振效果，證明將雙炮孔試驗(yàn)的結(jié)論推廣至正常生產(chǎn)的雙排孔爆破中是可行。

以延期時(shí)間為橫軸，雙排孔爆破振動(dòng)合速度為縱軸，繪制不同距離處的延期時(shí)間—爆破振動(dòng)合速度曲線，見圖6。

雙排孔實(shí)驗(yàn)中，同一距離處不同延期時(shí)間的爆破振動(dòng)強(qiáng)度仍呈現(xiàn)倒拋物線形，且均在28 ms處取得最小值。同樣證明了雙排孔爆破中延期時(shí)間設(shè)置為28 ms對(duì)于降振是有效果的。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，以正常生產(chǎn)爆破產(chǎn)生的爆破振動(dòng)為基礎(chǔ)，28 ms延期時(shí)間下50，100，150 m處的爆破振動(dòng)強(qiáng)度平均降低幅度分別為35.02%、25.95%、33.97%，平均總降振幅度達(dá)31.65%。

4 結(jié)語

（1）適宜該礦山的降振數(shù)碼電子雷管微差時(shí)間為28 ms，平均總降振幅度達(dá)31.65%。

（2）爆破總藥量的增加會(huì)明顯增強(qiáng)爆破振動(dòng)強(qiáng)度，因此爆破振動(dòng)的影響因素不能僅考慮最大單段藥量，還要考慮一次爆破的總藥量。