張書榮 陳能革 唐阿敏 楊 劍

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

礦山爆破危害一直是制約礦山高效生產(chǎn)的不利因素，其中尤以爆破振動危害最大。然而以往的研究重點主要集中在爆破振動對建（構）筑物安全性影響及控制方面［1-3］，忽略了爆破振動的環(huán)境效應，即以人在振動環(huán)境下的感受和心理承受能力為出發(fā)點，判斷振動對環(huán)境的危害程度。隨著人們的環(huán)保意識和維權意識的不斷增強，以環(huán)境振動危害為訴求的案例逐漸增多，成為制約礦山生產(chǎn)的新因素。1990年，國家環(huán)境保護局頒布了《城市區(qū)域環(huán)境振動標準》（GB 10070—88）［4］，該標準明確了城市區(qū)域范圍內(nèi)各種環(huán)境振動所允許的范圍，成為指導城市區(qū)域范圍內(nèi)環(huán)境振動控制的權威依據(jù)。因此，礦山爆破危害控制中，爆破振動的環(huán)境效應逐漸受到重視。

環(huán)境振動是爆破振動的另外一種表現(xiàn)形式。環(huán)境振動表現(xiàn)為位移幅值從千分之幾微米到幾微米，頻帶為0.1~100 HZ。環(huán)境振動對人體的影響與振動的加速度有效值、頻率特性、作用時間、振動方向和部位等因素有關。張婧等［5］對地鐵運動造成的環(huán)境振動進行了探究，通過數(shù)值模擬和分析比較的手段得出了可以在室內(nèi)鋪設減振墊，來降低環(huán)境振動的影響；杜陽陽［6］根據(jù)環(huán)境振動下的人體動力特性，結合數(shù)學方法，建立起了環(huán)境振動下人體舒適度評價模型；武志剛等［7］對某拱壩泄洪和非泄洪時的環(huán)境振動進行了監(jiān)測和分析，結果表明環(huán)境振動幅值在時空分布上具有一定的隨機性，不泄洪時的環(huán)境振動顯著小于泄洪時。

某露天礦山地理位置復雜，緊鄰城鎮(zhèn)，且礦區(qū)附近分布有數(shù)個自然村、學校等對環(huán)境要求較高的對象。長期以來，礦山高度重視礦區(qū)附近爆破振動危害的控制，但仍不時有居民反映爆破振動較大，影響了居民的正常生產(chǎn)生活。為了探究礦山爆破作業(yè)在礦區(qū)附近產(chǎn)生的爆破振動和環(huán)境振動的實際情況，選擇3個敏感測點，進行了6炮次的雙振動監(jiān)測。同時利用數(shù)據(jù)歸一化處理的方法，根據(jù)雙振動監(jiān)測結果對爆破振動和環(huán)境振動的相關性進行了初步探究。

1 雙振動測試

1.1 監(jiān)測點選擇

礦區(qū)周邊村莊分布星羅棋布，無法進行全覆蓋監(jiān)測。本次監(jiān)測選擇距礦區(qū)較近的、對爆破振動危害反映較強烈的2個居民點（1#和2#）和礦區(qū)辦公樓共3個測點進行監(jiān)測。各測點距采區(qū)距離及方位見表1。

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1.2 監(jiān)測儀器選擇

根據(jù)《環(huán)境振動監(jiān)測技術規(guī)范》（HJ 918—2017）［8］的規(guī)定，環(huán)境振動監(jiān)測儀器應滿足：①拾振器電壓靈敏度應大于400 mV/g；②儀器的測量下限應不高于50 dB，測量上限應不低于100 dB；③測量應包含等效連續(xù)Z振級、最大Z振級、累積百分Z振級等。本次監(jiān)測選擇AWA6256B+型環(huán)境振動分析儀進行監(jiān)測。

爆破振動監(jiān)測儀器選擇范圍較多，本次監(jiān)測選用礦山自有經(jīng)過標定的TC 3850型爆破振動記錄儀?？紤]到礦區(qū)辦公樓測點距采區(qū)較遠，觸發(fā)值設置為0.05 cm/s。

1.3 監(jiān)測儀器布設

爆破振動監(jiān)測儀與環(huán)境振動監(jiān)測儀的安裝方式類似，將拾振器平穩(wěn)地放在混凝土地面上，用石膏粉將兩者粘結牢固，再連接傳輸數(shù)據(jù)線，完成布設（圖1）。

2 監(jiān)測結果與分析

2.1 監(jiān)測結果

本次共監(jiān)測6炮次，測得有效數(shù)據(jù)32組，見表2。

注：“—”表示儀器未觸發(fā)。

典型監(jiān)測結果見圖2~圖3。圖2為第5炮次中2#居民點環(huán)境振動強度監(jiān)測結果，圖3為第6炮次中1#居民點爆破振動強度監(jiān)測結果。

2.2 標準選擇

根據(jù)《城市區(qū)域環(huán)境振動標準》（GB 10070—88）的相關規(guī)定，礦區(qū)辦公樓、1#居民點、2#居民點均屬于“居民、文教區(qū)”一類，該類城市區(qū)域范圍內(nèi)允許的最大環(huán)境振動值為80 dB。

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB6722—2014）［9］的相關規(guī)定，礦區(qū)辦公樓、1#居民點、2#居民點的主要建（構）筑物均為“一般民用建筑物”，其允許的爆破振動范圍為1.5~2.0 cm/s（f≤10 Hz）、2.0~2.5 cm/s（10 Hz＜f≤50 Hz）、2.5~3.0 cm/s（f＞50 Hz）。

2.3 結果分析

參照各測點處允許的爆破振動和環(huán)境振動標準，結合表2的監(jiān)測結果可以發(fā)現(xiàn)，目前礦山生產(chǎn)爆破在各測點處產(chǎn)生的爆破振動均符合標準要求，且遠小于臨界值。然而礦山生產(chǎn)爆破在各測點處產(chǎn)生的環(huán)境振動值較大，部分數(shù)據(jù)接近或略超出臨界值。居民主要依靠個體感覺判斷振動大小，對應的是環(huán)境振動，這就合理解釋了礦山爆破振動控制效果較好，然而居民仍有不適反應的現(xiàn)象。因此，在以后的礦山生產(chǎn)過程中，應充分重視對環(huán)境振動的控制。

3 雙振動相關性研究

爆破振動與環(huán)境振動本質(zhì)上是同一種能量的2種不同表現(xiàn)形式。爆破振動主要關注建（構）筑物在爆破振動影響下的安全性，而環(huán)境振動主要研究振動環(huán)境中人體的感受和舒適性。兩者執(zhí)行的標準也不相同。爆破振動執(zhí)行的是《爆破安全規(guī)程》（GB 6722—2014），而環(huán)境振動則以《城市區(qū)域環(huán)境振動標準》（GB 10070—88）為指導標準。以往的研究中，往往將二者分別考察、獨立研究。但是，從本質(zhì)上來說，爆破振動和環(huán)境振動同是由爆破作業(yè)引起的，二者之間理應存在一定的關系。以此為出發(fā)點，對1#居民點和2#居民點處爆破振動和環(huán)境振動的數(shù)據(jù)進行相關性研究。

3.1 數(shù)據(jù)處理

由于爆破振動和環(huán)境振動的單位不一致，無法直接進行分析，首先需要對所有數(shù)據(jù)進行歸一化處理，即通過數(shù)學方法，消除數(shù)據(jù)之間的量綱差異，以便能夠?qū)⒉煌烤V的數(shù)據(jù)進行相關性分析［10-11］。常用的數(shù)據(jù)歸一化處理方式有Min-max標準化、Zscore標準化等，根據(jù)待處理的數(shù)據(jù)特征，選擇使用Zscore對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理。

Z-score標準化是以原始數(shù)據(jù)組的均值和標準差為基礎，對數(shù)據(jù)進行處理，處理后的數(shù)據(jù)符合標準正態(tài)分布。其處理函數(shù)為

使用處理函數(shù)對數(shù)據(jù)進行處理后的結果見表3。

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3.2 數(shù)據(jù)分析

經(jīng)過標準化處理后的數(shù)據(jù)可以直接進行相關性分析。2個測點經(jīng)過Z-score標準化處理后的數(shù)據(jù)相關性圖見圖4。

由圖4可以看出，爆破振動與環(huán)境振動的變化趨勢相當一致，亦步亦趨，可以得出二者呈正相關的基本結論。但是由于環(huán)境振動相關研究的缺失，加之影響環(huán)境振動的因素眾多，環(huán)境振動與爆破振動之間的壁壘較深，目前尚無法具體分析環(huán)境振動與爆破振動之間的具體關系。只能得出二者呈正相關的基本結論。雖然二者的具體關系目前尚無法探明，但從二者正相關這一基本點出發(fā)，可以推斷出目前常用的控制爆破振動的方法（如減小藥量等）也可以在一定程度上控制環(huán)境振動，有針對性的、高效地環(huán)境振動控制方法尚需進一步研究。

4 結 論

（1）爆破振動與環(huán)境振動的適用標準不同，鄰近城市區(qū)域的礦山不能忽視對環(huán)境振動危害的控制。

（2）爆破振動與環(huán)境振動基本呈正相關關系，但二者的具體關系需要進一步研究。

（3）控制爆破振動的基本方法同樣適用于控制環(huán)境振動，但缺乏針對性，環(huán)境振動的高效控制方法應進行專門研究。