王雨波 汪為平 劉海林

（1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司；2.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

地下采礦采用大直徑中深孔爆破，在很大程度上能提高安全和生產(chǎn)效率，同時(shí)節(jié)約采礦成本，目前已被具備條件的礦企廣泛采用。鑒于地下中深孔爆破單段起爆藥量大，爆破振動(dòng)傳播到地表表現(xiàn)為振速大，頻率低，易造成礦區(qū)附近地表建（構(gòu)）筑物的損壞。為減小地下爆破振動(dòng)對(duì)地表的影響，往往需對(duì)爆破工藝進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。工藝優(yōu)化調(diào)整之前，需對(duì)現(xiàn)爆破參數(shù)條件下的爆破振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，明確當(dāng)前條件下的爆破振動(dòng)傳播規(guī)律。目前國(guó)內(nèi)比較通用的是前蘇聯(lián)的M.A 薩道夫斯基公式［1］，分析現(xiàn)狀地質(zhì)條件下的場(chǎng)地系數(shù)K和爆破振動(dòng)衰減系數(shù)α，得到爆破振動(dòng)沿同一傳播方向的衰減規(guī)律。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，近爆心的場(chǎng)地系數(shù)K和衰減系數(shù)α均較遠(yuǎn)爆心大［2］，表明近爆心和遠(yuǎn)爆心的衰減規(guī)律是不同的［3］，場(chǎng)地系數(shù)K越大，表明相同條件下，爆破振速越大；而衰減系數(shù)α越大，表明相同條件下，爆破振動(dòng)衰減越快。對(duì)此，通過對(duì)某礦大直徑中深孔落礦爆破振動(dòng)地表監(jiān)測(cè)，分別從近爆心和遠(yuǎn)爆心分析其爆破振動(dòng)衰減規(guī)律，可更好地指導(dǎo)礦企爆破減振作業(yè)。

1 工程概況及爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

1.1 工程概況

某磁鐵礦礦石賦于巨厚第四系蓋層之下，第四系底部為薄層鈣土、礫石層，結(jié)構(gòu)松散，穩(wěn)定性極差，第四系松散巖厚度為140～223 m。巖性主要為黏土。礦帶巖組由各種黑云、二云片巖及磁鐵礦層等組成，為堅(jiān)硬巖，呈似層狀，近南北向分布，傾向?yàn)槲骰虮蔽魑?。一般傾角為45°左右，斜深達(dá)700 m 左右。巖石致密，裂隙不甚發(fā)育。地層及爆破監(jiān)測(cè)布置見圖1。

某礦落礦采用大直徑中深孔爆破法施工，采用倒臺(tái)階后退式側(cè)向崩礦方法爆破，每次爆破2排，前2排超前后2 排25 m 左右，倒臺(tái)階高度為25 m 左右，每排炮孔分2次爆破，第一次爆破25 m，第二次破頂，一次成孔，分段爆破。單次爆破段高25 m，爆破2排，采用逐孔起爆方式，一般主爆孔為8 個(gè)，設(shè)計(jì)單段藥量為252 kg。實(shí)際裝藥根據(jù)孔眼位置以及礦巖情況略有增減。

1.2 爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)原始數(shù)據(jù)

在落礦過程中，針對(duì)同一方向后退式側(cè)向大直徑中深孔爆破崩礦進(jìn)行了7次爆破振動(dòng)地表監(jiān)測(cè)，得到同一方向34個(gè)爆破振動(dòng)數(shù)據(jù)。由于各測(cè)點(diǎn)最大單向振動(dòng)速度均為垂向振動(dòng)速度，在此，僅列出垂向速度（Z向）以及其相應(yīng)的頻率、爆心距離和單段藥量，見表1。

2 爆破振動(dòng)衰減規(guī)律分析

根據(jù)《爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（T/CSEB 0008—2019），將相同地形、地質(zhì)及爆破條件下測(cè)得的最大單向爆破振動(dòng)速度峰值、監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離、振動(dòng)速度峰值時(shí)刻對(duì)應(yīng)的單段爆破藥量按薩道夫斯基公式（式（1））采用最小二乘法回歸擬合［4］，求得場(chǎng)地系數(shù)K和衰減系數(shù)α。

式中，V為質(zhì)點(diǎn)單向峰值振速，cm/s；K為與地質(zhì)、爆破方法等因素有關(guān)的系數(shù)；α為與地質(zhì)條件、地形有關(guān)的地震波衰減系數(shù)；R為測(cè)點(diǎn)與爆心之間的距離，m；Q為與最大單向爆破振速V值相對(duì)應(yīng)的最大一段起爆藥量，kg。

根據(jù)表1可知，所有測(cè)點(diǎn)最大單向爆破振動(dòng)速度均為垂向振速，采用最小二乘法取垂向速度進(jìn)行線性回歸分析。一般回歸分析步驟如下。

（1）對(duì)式（1）兩邊取對(duì)數(shù)，使之線性化，得到

（2）令y=lnV，，則式（2）變?yōu)閥=αx+lnK，可分別求得該線性方程的斜率α和截距l(xiāng)nK。

（3）把求得的K和α代入式（1），便得到該方向的爆破振動(dòng)衰減規(guī)律公式。

根據(jù)上述原理，對(duì)垂向振速進(jìn)行線性回歸，得到統(tǒng)一回歸的爆破振動(dòng)衰減規(guī)律，見式（3）。

線性擬合見圖2。

為得到爆破振動(dòng)衰減規(guī)律，常用的做法是通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)回歸出一個(gè)綜合的衰減規(guī)律［5］。由于近爆心地震波波體成份復(fù)雜，相互干擾較大，用近爆心的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)回歸，其場(chǎng)地系數(shù)K值和衰減系數(shù)α均較大；而在中、遠(yuǎn)區(qū)，地震波主要以表面波為主，波體成分相對(duì)簡(jiǎn)單，其場(chǎng)地系數(shù)K值和衰減系數(shù)α均較小。從回歸結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用統(tǒng)一回歸，場(chǎng)地系數(shù)K值為809.095 7，α值為1.760，均偏大，明顯不能代表中、遠(yuǎn)爆區(qū)衰減規(guī)律。同時(shí)，參考《爆破安全規(guī)程》（GB 6722—2014）［6］，回歸系數(shù)與規(guī)程中對(duì)于不同爆區(qū)巖性的K、α值也有較大出入，見表2。

因此，在前人研究基礎(chǔ)上，按遠(yuǎn)爆心和近爆心監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)回歸。根據(jù)數(shù)據(jù)分布特點(diǎn)，以爆心距離地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)300～400 m 范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)歸為近爆心數(shù)據(jù)，以爆心距離地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)在400 m 以上的數(shù)據(jù)歸為遠(yuǎn)爆心數(shù)據(jù)，分別得到遠(yuǎn)爆心和近爆心的爆破振動(dòng)衰減規(guī)律，見式（4）和式（5），線性擬合圖見圖3和圖4。

近爆心衰減規(guī)律：

遠(yuǎn)爆心衰減規(guī)律：

按統(tǒng)一線性回歸，計(jì)算相關(guān)度為0.945，按遠(yuǎn)爆心和近爆心監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)各自單獨(dú)回歸分析，近爆心數(shù)據(jù)計(jì)算相關(guān)度為0.938，遠(yuǎn)爆心的計(jì)算相關(guān)度為0.972，數(shù)據(jù)均具有較高的關(guān)聯(lián)度，但是，二者相關(guān)度又存在明顯的差別，說明按遠(yuǎn)爆心和近爆心分別回歸分析，更符合實(shí)際爆破振動(dòng)衰減規(guī)律。

3 振速預(yù)測(cè)分析

根據(jù)回歸公式式（3）、式（4）和式（5），按同一單段起爆藥量252 kg考慮，可得到不同爆心距下的爆破預(yù)測(cè)振動(dòng)速度，見表3。

從表3可以得出如下結(jié)論：

（1）通過實(shí)際監(jiān)測(cè)振速與預(yù)測(cè)對(duì)比，可以看出（圖5），采用遠(yuǎn)爆心和近爆心數(shù)據(jù)分別回歸分析，其預(yù)測(cè)值與實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的偏差更小，衰減趨勢(shì)更加貼合。

（2）采用近爆心傳播規(guī)律用于振速預(yù)測(cè)時(shí)，比統(tǒng)一回歸預(yù)測(cè)振速大，衰減快；采用遠(yuǎn)爆心預(yù)測(cè)振速時(shí)，比統(tǒng)一回歸預(yù)測(cè)振速小，衰減慢。在實(shí)際生產(chǎn)中，可根據(jù)遠(yuǎn)、近爆心不同的衰減規(guī)律運(yùn)用于不同的生產(chǎn)礦房，避免因近爆區(qū)預(yù)測(cè)振速比實(shí)際小而損壞建筑（尤其土坯類），或在遠(yuǎn)爆區(qū)因預(yù)測(cè)振速比實(shí)際大，生產(chǎn)中降低起爆藥量，影響生產(chǎn)效能。

（3）振速預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)在遠(yuǎn)爆心和近爆心分界線附近出現(xiàn)了一定的不連續(xù)性，分析原因，主要為近爆心一側(cè)第四系覆蓋層相對(duì)較厚，而遠(yuǎn)爆心一側(cè)第四系覆蓋層相對(duì)較薄，地震波在傳播過程中遇不同介質(zhì)折射與反射造成。

4 結(jié)論

通過對(duì)遠(yuǎn)爆心和近爆心數(shù)據(jù)分別回歸擬合，其結(jié)果更符合實(shí)際爆破振動(dòng)傳播規(guī)律。采用近爆心衰減規(guī)律用于振速預(yù)測(cè)時(shí)，比統(tǒng)一回歸預(yù)測(cè)振速大，衰減快；采用遠(yuǎn)爆心預(yù)測(cè)振速時(shí)，比統(tǒng)一回歸預(yù)測(cè)振速小，衰減慢。在實(shí)際生產(chǎn)中，可根據(jù)遠(yuǎn)、近爆心不同的衰減規(guī)律運(yùn)用于不同的生產(chǎn)礦房，避免因近爆區(qū)預(yù)測(cè)振速比實(shí)際小而損壞地表建筑（尤其土坯類），或在遠(yuǎn)爆區(qū)因預(yù)測(cè)振速比實(shí)際大，生產(chǎn)中降低起爆藥量，影響生產(chǎn)效能。