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        數(shù)碼電子雷管不同延期時(shí)間爆破振動(dòng)規(guī)律試驗(yàn)研究

        2022-01-17 07:31:22王建華陳能革謝亮波儀海豹李二寶
        現(xiàn)代礦業(yè) 2021年12期
        關(guān)鍵詞:爆源微差雷管

        王建華 陳能革 謝亮波 儀海豹 李二寶

        (1.安徽馬鋼礦業(yè)資源集團(tuán)有限公司南山礦業(yè)有限公司;2.安徽馬鋼礦業(yè)資源集團(tuán)有限公司;3.馬鞍山礦山研究院爆破工程有限責(zé)任公司)

        隨著干擾降振理論逐漸發(fā)展,通過改變爆破工藝可以實(shí)現(xiàn)爆破振動(dòng)波形的人為控制,使波峰及波谷疊加,達(dá)到降低爆破振動(dòng)的目的。但是由于傳統(tǒng)的導(dǎo)爆管雷管的延期精度低、誤差大,難以精準(zhǔn)控制微差時(shí)間,使干擾降振長(zhǎng)期停留在理論階段。隨著電子雷管的出現(xiàn),延期時(shí)間精度可以達(dá)到1 ms左右,且延期時(shí)間可以任意調(diào)整,實(shí)現(xiàn)分段起爆,使干擾降振成為可能。針對(duì)電子雷管干擾降振研究,許多學(xué)者已經(jīng)做了大量工作[1-4]。楊育等[5]借助ANSYS/LSDYNA程序?qū)Σ煌悠谄鸨瑫r(shí)間條件下臺(tái)階爆破產(chǎn)生的振動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,發(fā)現(xiàn)淺孔臺(tái)階爆破中,爆破降振效果最佳的孔間延期時(shí)間為5 ms;在深孔臺(tái)階爆破中,爆破降振最佳的孔間延期時(shí)間為7~10 ms。楊年華等[6]監(jiān)測(cè)單孔爆破振動(dòng),在分析單孔爆破振動(dòng)波特性的基礎(chǔ)上,根據(jù)單孔爆破獲得峰值衰減、振動(dòng)周期、傳播速度等參數(shù),提出了應(yīng)用電子雷管精確設(shè)計(jì)起爆時(shí)差實(shí)現(xiàn)干擾降振,按單孔爆破振動(dòng)波的半周期設(shè)計(jì)各藥包起爆時(shí)差,產(chǎn)生群孔爆破振動(dòng)峰值小于單獨(dú)炮孔的爆破振動(dòng)峰值。邱賢陽(yáng)等[7]利用Matlab分析了不同微差間隔下2段疊加信號(hào)的時(shí)頻特征,分析了段數(shù)、相鄰振幅比和最大段藥量位置對(duì)短微差爆破疊加信號(hào)降振效果的影響,相同微差間隔下隨著段數(shù)的增加,疊加信號(hào)降能率逐漸增大,當(dāng)段數(shù)達(dá)到一定數(shù)量后增加分段數(shù),微差爆破的降振效果并不明顯;微差爆破中相鄰振幅比越接近1,降振效果越明顯;最大段藥量靠后的疊加信號(hào)降能率大于其他順序。

        然而,上述研究大多停留在理論階段,未見基于現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)的分析研究。為此,本研究選取6種典型的炮孔延期方案,在試驗(yàn)礦山開展電子雷管干擾降振試驗(yàn),對(duì)比爆區(qū)200 m范圍內(nèi)的爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)情況,對(duì)露天礦山爆破工藝炮孔延期方案進(jìn)行優(yōu)選。

        1 精確延期干擾降振作用原理

        在微差爆破中,利用爆破振動(dòng)波相反相位振動(dòng)的疊加來(lái)降低爆破振動(dòng)的方法稱為微差干擾降振。藥包爆炸后,沖擊振動(dòng)波以毫秒級(jí)的時(shí)間間隔從爆源處開始傳播,由于延期時(shí)間的存在,各振動(dòng)波存在相位差,使不同段波形相互疊加,達(dá)到降低振動(dòng)波幅值的目的,從而降低爆破振動(dòng)強(qiáng)度。

        理論上講,當(dāng)爆破延期時(shí)間為地震波的整數(shù)倍周期,即Δt=n T(n為整數(shù),T為振動(dòng)波的周期),則各延期藥包爆炸會(huì)引起振動(dòng)效應(yīng)增強(qiáng);當(dāng)爆破的延期時(shí)間為非整數(shù)倍周期,即n等于1/2、1/3、…中的某個(gè)值,會(huì)使得各部分藥包爆炸引起的振動(dòng)效應(yīng)比齊發(fā)爆破要低;而當(dāng)延期時(shí)間大于3倍的地震波周期,即n>3時(shí),其實(shí)可以認(rèn)為藥包為單個(gè)起爆,各個(gè)藥包爆炸引起的地震波是分開的,相互之間互不干擾,獨(dú)立作用。已有研究成果表明[8-12],當(dāng)爆破的延遲時(shí)間為半周期,即Δt=T/2時(shí),此時(shí)爆破的降振效果最佳,由于爆破振動(dòng)波之間的相互干涉,得出疊加后振幅減小,但是疊加后振動(dòng)時(shí)間比單個(gè)藥包爆破振動(dòng)時(shí)間要大;當(dāng)延遲時(shí)間為3.5個(gè)周期,即Δt=3.5T時(shí),各個(gè)爆破振動(dòng)波的振幅不發(fā)生疊加,但振動(dòng)時(shí)間會(huì)增大;而當(dāng)延遲時(shí)間為1個(gè)周期時(shí),即Δt=T時(shí),疊加后的振動(dòng)效果最為不利,此時(shí)引起的爆破振動(dòng)波的振幅顯著增大。采用數(shù)碼電子雷管控制高精度延期間隔,優(yōu)化確定最佳的微差時(shí)間以干擾降低爆破振動(dòng)強(qiáng)度。

        2 礦山概況及試驗(yàn)方案

        2.1 試驗(yàn)礦山概況

        試驗(yàn)礦山生產(chǎn)規(guī)模為300萬(wàn)t/a,年采剝總量為450萬(wàn)m3。主要巖性為次火山巖閃長(zhǎng)玢巖和花崗閃長(zhǎng)斑巖,普氏硬度系數(shù)f=8~15。采用潛孔鉆機(jī)穿孔,鉆孔孔徑為200 mm;由于水孔較多,炮孔裝填?170 mm乳化炸藥,單孔裝藥量約為240 kg。

        礦山為典型的近城區(qū)礦山,周邊環(huán)境復(fù)雜,對(duì)爆破作業(yè)要求較高。礦山采坑西北側(cè)300 m為高精度儀器生產(chǎn)廠區(qū);周邊村莊環(huán)繞,其中西北側(cè)280 m、東北側(cè)580 m、南側(cè)340 m均為村民聚集區(qū);另外,采坑西側(cè)1和1.5 km分別為高速公路收費(fèi)站及高鐵線路。

        2.2 試驗(yàn)方案設(shè)置

        為分析炮孔間延期時(shí)間對(duì)爆破振動(dòng)的影響規(guī)律,結(jié)合露天礦山常用高精度導(dǎo)爆管雷管延期段別設(shè)置,選取8,16,24,32,48和72 ms共6種炮孔間延期方案,開展數(shù)碼電子雷管不同延期時(shí)間下的爆破試驗(yàn)。試驗(yàn)炮孔沿臺(tái)階坡頂線布置,單孔裝藥量約240 kg?,F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)流程見圖1。

        共計(jì)開展4次單排孔現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),穿鑿鉆孔24個(gè),消耗數(shù)碼電子雷管48個(gè),最大段裝藥量240 kg,乳化炸藥總消耗量5 340 kg,總爆破方量為10 950 m3。試驗(yàn)方案匯總見表1。

        2.3 爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)方案

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        根據(jù)《爆破安全規(guī)程》相關(guān)規(guī)定及試驗(yàn)炮孔位置特點(diǎn),在距離試驗(yàn)炮孔200 m范圍內(nèi)由近至遠(yuǎn)依次布置爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)[13-17],對(duì)不同炮孔延期方案監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。

        3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

        提取爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器X、Y、Z方向上的振動(dòng)速度及合速度數(shù)據(jù),繪制爆破振動(dòng)速度隨距離變化規(guī)律曲線(圖2)。

        由圖2可知,隨著與爆源距離逐漸加大,各測(cè)點(diǎn)的X、Y、Z方向的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度以及合速度皆表現(xiàn)為整體衰減趨勢(shì),且測(cè)點(diǎn)與爆區(qū)的距離越小,振動(dòng)速度衰減越顯著。相較于爆源遠(yuǎn)區(qū)(80~200 m),爆源近區(qū)(80 m范圍內(nèi))振動(dòng)衰減更加顯著,隨著距離增大,振動(dòng)速度降低幅度逐漸減小。

        為進(jìn)一步探究不同延期時(shí)間下爆破振動(dòng)速度變化規(guī)律,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)知識(shí),分別采用薩道夫斯基公式[18-20]及指數(shù)函數(shù)Y=y0+A×exp(R0×x)(Y為爆破振動(dòng)速度,x為爆心距,y0及A為系數(shù))進(jìn)行回歸分析,得出爆破振動(dòng)速度衰減規(guī)律,見表2、3。

        基于薩道夫斯基公式及指數(shù)函數(shù),分別繪制爆破振動(dòng)速度隨微差時(shí)間和距離R的變化曲線,見圖3、圖4。

        對(duì)比不同距離下爆破振動(dòng)速度變化規(guī)律可知,隨著微差時(shí)間的增大,振動(dòng)速度整體表現(xiàn)為先減小—后增大—再減小的波浪形變化規(guī)律。

        注:Q表示最大段藥量,kg;R表示距離,m;V表示爆破振動(dòng)合速度,cm/s。

        注:Y表示振動(dòng)速度,cm/s;x表示距離,m。

        由圖3可知,距爆源40 m范圍內(nèi),爆破振動(dòng)速度最小的延期方案為24 ms,16 ms次之;距離爆源60 m范圍內(nèi),爆破振動(dòng)速度最小的延期方案為32 ms,72 ms次之。由圖4可知,距爆源40 m范圍內(nèi),爆破振動(dòng)速度最小的延期方案為16 ms,32 ms次之;距離爆源60 m范圍內(nèi),爆破振動(dòng)速度最小的延期方案為32 ms,72 ms次之;2種回歸分析方案在與爆源不同距離范圍時(shí),爆破振動(dòng)速度最大的延期方案皆為48 ms。

        4 結(jié)論

        (1)開展6種炮孔延期方案下的數(shù)碼電子雷管現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn),結(jié)果表明,隨著與爆源距離逐漸加大,各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)速度皆表現(xiàn)為整體衰減趨勢(shì),且相較于爆源遠(yuǎn)區(qū)(80~200 m),爆源近區(qū)(80 m范圍內(nèi))振動(dòng)速度衰減更加顯著,隨著距離增大,振動(dòng)速度降低幅度逐漸減小。

        (2)根據(jù)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),通過回歸分析,分別得出不同延期方案下的爆破振動(dòng)速度變化規(guī)律,進(jìn)一步得出隨著微差時(shí)間的增大,振動(dòng)速度整體表現(xiàn)為先減小—后增大—再減小的波浪形變化規(guī)律。

        (3)根據(jù)薩道夫斯基回歸分析公式可知,距爆源40 m范圍內(nèi),爆破振動(dòng)速度最小的延期方案為24 ms,16 ms次之;距離爆源60 m范圍內(nèi),爆破振動(dòng)速度最小的延期方案為32 ms,72 ms次之;根據(jù)指數(shù)函數(shù)回歸分析公式可知,距爆源40 m范圍內(nèi),爆破振動(dòng)速度最小的延期方案為16 ms,32 ms次之;距離爆源60 m范圍內(nèi),爆破振動(dòng)速度最小的延期方案為32 ms,72 ms次之;2種回歸分析方案在與爆源不同距離范圍時(shí),爆破振動(dòng)速度最大的延期方案皆為48 ms。

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