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t/a，年采剝總量為450萬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。