侯 鵬，王用學，陳 晨，吳明福，馮海賓

（陜西神延煤炭有限責任公司 西灣露天礦，陜西 榆林 719000）

露天煤礦爆破過程中產生的爆破震動會對周邊的建構筑物造成影響，長時間、高震動速度也坑導致建構筑開裂破壞甚至坍塌[1]。爆破震動具有震幅大、頻率高、衰減快、持續(xù)時間短等特點[2]，加強對爆破震動的檢測和研究，采取有效控制措施減小震動的危害是必要的。爆破震動速度與距離、巖性、單孔藥量、總藥量、起爆方法、傳播介質等因素有關，常用薩道夫斯基經驗公式進行震動速度的計算[3]。

隨著西灣露天礦開采推進，采掘場爆破作業(yè)位置距離工業(yè)廠區(qū)日趨靠近，爆破震感明顯強烈，且對露天礦周邊其他廠礦企業(yè)及居民造成了一定影響。為此，通過爆破震動監(jiān)測及有效安全距離計算，對開展有效的爆破震動控制措施提供基礎依據(jù)。

1 爆破振動檢測方案

西灣露天煤礦煤和巖石均采用臺階深孔松動爆破方式進行破碎，選用現(xiàn)場混裝乳化炸藥，毫秒延期導爆管起爆系統(tǒng)[4]。煤層平均厚度11.13 m，鉆孔選用孔徑165 mm 的潛孔鉆機，孔網參數(shù)一般為10 m×8 m，單孔最大裝藥量300 kg，一次爆破總藥量不超過25 t。巖石選用孔徑250 mm 的牙輪鉆機，孔網參數(shù)一般為14 m×9 m，單孔最大裝藥量760 kg，一次爆破總藥量不超過50 t。

1.1 爆破振動檢測機理

在巖土介質中，高能量震源的瞬時激振（如爆破、打樁、強夯等），使巖土體產生劇烈的振動，這種振動在巖土介質中，依靠介質相鄰點間的相互作用，以激振點（區(qū)域）為中心，以地震波的形式向外圍傳播[5]。一般而言，地震波的振幅（或能量）隨著離開震源的距離增加而減小，這一現(xiàn)象稱為振動的衰減；其衰減的原因有2 個方面：①地震波離開震源的距離越遠，其波陣面越大，即引起振動的區(qū)域越大，致使波陣面上能量密度減小，導致振動衰減；②介質發(fā)生振動，相鄰介質或相鄰介質的質點間發(fā)生摩擦，將傳播至此的動能轉變?yōu)闊崮芏牡簦瑢е抡駝铀p[6]。

地震波的傳播與衰減，不僅會在三維空間內表現(xiàn)出來，而且會在時間上表現(xiàn)出來。當沿著離開震源的矢徑方向在介質表面布置拾振器時，地震波就會在拾振器上反映出來。從理論角度出發(fā)，假設振動的速度變化規(guī)律符合f（x，t）關系，則振動的位移和加速度的變化規(guī)律分別為∫f（x，t）dt 和f＇（x，t）。但是在實際的工程中，速度、位移和加速度之間，這種嚴格的積分和導數(shù)關系是難以確定的。在實際工程中，是以數(shù)理統(tǒng)計方法配以數(shù)據(jù)處理進行研究分析的。通過對監(jiān)測點拾振信號的研究分析，即可確定地震波的振動速度幅值，從而根據(jù)這種已知區(qū)的振動，推斷爆破施工振動對已有建筑物的影響。

地震波在介質中的傳播衰減規(guī)律，不僅與爆源的能量大小有關，還受到傳播方向上的地形條件及地質構造對它的影響。使用蘇聯(lián)薩道夫斯基經驗公式[3，7]反映這一關系，具體關系如下：

式中：R 為爆破振動安全允許距離，m；Q 為炸藥量，齊發(fā)爆破為總藥量，延時爆破為最大單段藥量，kg；V 為保護對象所在地安全允許質點振速，cm/s；K、α 為與爆破點至保護對象間的地形、地質條件有關的系數(shù)和衰減指數(shù)，通過現(xiàn)場試驗確定。

1.2 監(jiān)測對象及內容

爆破測試主要包括2 個方面的內容：①研究爆破地震波的衰減規(guī)律，地質構造及地形條件對它的影響，地震波參數(shù)和爆破方式的關系；②研究建筑物，對于爆破振動的響應特征，這一響應特征與爆破方式、構筑物結構特點的關系[8]。就具體內容而言，爆破振動測試的內容包括：地表質點振動速度、振動位移、振動加速度測試；結構、建筑物的反應譜測試。

西灣露天煤礦爆破作業(yè)誘發(fā)的施工振動，會對鄰近的建筑物、設施、設備造成不同程度的影響和破壞，受爆破振動影響的區(qū)域主要集中在采坑的東側和北側。該區(qū)域內的保護物大致可以分為5 類，分別是變電站、一般民用建筑（住宅類）、工業(yè)和商業(yè)建筑物（辦公類）、有生產裝備的廠區(qū)及在建地塊。

巖土爆破施工對建筑物結構影響的容許振動值，應符合現(xiàn)行國家標準GB 6722—2014《爆破安全規(guī)程》的要求[9]。西灣露天煤礦爆破振動監(jiān)測項目中，周邊變電站的容許振動值可按“運行中的水電站及發(fā)電廠中心控制設備”執(zhí)行；廠區(qū)北側民房、十九局駐地、西灣露天礦公寓樓及大雁駐地周邊建筑物的容許振動值時可按“一般民用建筑物”執(zhí)行；其他工業(yè)、商用建筑物的容許振動值時可按“工業(yè)和商業(yè)建筑物”執(zhí)行；東元精細化工有限公司、西灣露天礦坑水處理站、西灣煤礦鍋爐房、西灣露天礦緩沖倉的容許振動值選擇時，不僅要考慮該區(qū)域的建筑物類型，還應該考慮廠區(qū)內已安裝運行的生產裝置，鑒于GB 6722—2014《爆破安全規(guī)程》中并未提及該類建筑物的容許振動值，考慮到化工企業(yè)的特殊性以及遭遇破壞后會造成次生危害的發(fā)生，因此此類建筑的容許振動值按更高的標準執(zhí)行，即借鑒GB 50868—2013《建筑工程容許振動標準》中“通用機械基礎在時域范圍內的容許振動值（隔振基礎）”執(zhí)行[10]。另外，由于板塊類項目尚未加蓋建筑物，本次暫不考慮其安全振動限值。結合《爆破安全規(guī)程》，確定不同被保護對象分類及振動速度允許值，西灣露天煤礦爆破震動檢測保護對象分類見表1。

表1 西灣露天煤礦爆破震動檢測保護對象分類

1.3 監(jiān)測方法及測點布置

爆破振動監(jiān)測設備選用L20－N 型爆破測振儀測量，爆破振速監(jiān)測精度為0.000 1 cm/s。

為了真實反映觀測區(qū)域內爆破對鄰近不同區(qū)域的建筑物（設施設備）的影響程度，每個影響區(qū)域內不少于2 個觀測點，觀測點應涵蓋該區(qū)域內距爆破作業(yè)點最近的建筑物和抗震等級最弱的設施。為了真實反映觀測區(qū)域內爆破振動衰減規(guī)律，用于衰減計算的監(jiān)測線不少于3 條，且每條監(jiān)測線測點數(shù)量不少于6 個。傳感器應安裝在保護物的基巖上，安裝時保持傳感器安裝底面與地面平行、z 向與地面垂直、x 向（箭頭）指向爆源，最后使用膠劑或夾具將傳感器的安裝底面與地面緊密接觸；儀器應放置于防護箱內，使用膨脹螺栓將防護箱固定，需外接交流電對儀器或其他設備供電時，電源適配器和插線板應置于防護箱內，防護箱外電線裸露部分應套PVC 管并固定[11]。

2 爆破振動監(jiān)測結果

在本次的爆破振動監(jiān)測中，共統(tǒng)計監(jiān)測8 輪次爆破數(shù)據(jù)，各輪監(jiān)測爆破參數(shù)及檢測點參數(shù)統(tǒng)計表見表2。以第1 輪爆破振動檢測為例，獲得的測點處三向峰值速度見表3。

表2 爆破參數(shù)及檢測點參數(shù)統(tǒng)計表

表3 測點三向峰值速度表

按照薩氏公司擬合獲得各向速度衰減公式：

同理，可以依據(jù)其他各輪爆破爆破震動監(jiān)測數(shù)據(jù)，獲得爆破點至保護對象間的地形、地質條件有關的系數(shù)和衰減指數(shù)K、a。

為了準確的計算K 和a，對薩道夫斯基經驗公式進行變換：

以第1 輪爆破檢測的13 個建筑物容許振動值檢測點為例，得到的爆破振動對建筑物安全振動速度評判見表4。

表4 爆破振動對建筑物安全振動速度評判

利用各個數(shù)據(jù)的3 個分量的最大幅值與該類建筑物振動容許值進行對比，確定未超過容許值的數(shù)據(jù)13 個，超過容許值的數(shù)據(jù)0 個，即本次爆破對所有臨近檢測建筑物布置檢測點的振動影響均未超過爆破振動限值。

根據(jù)8 次爆破所有檢測點峰值振速對比，第2次爆破中污水處理廠布設檢測點的z 向峰值振速0.777 cm/s 超過安全振動速度限值0.7 cm/s；第6 次爆破中廠區(qū)內110 kV 變電站處x 向峰值振速0.511 cm/s 超過安全振動速度限值0.5 cm/s；第8 次爆破中廠區(qū)內110 kV 變電站處z 向峰值振速0.546 cm/s超過安全振動速度限值0.5 cm/s。

結合所獲得的爆破振動檢測數(shù)據(jù)分析，污水處理廠及廠內110 kV 變電站處振動速度有些許超出限值情況，應重點采取減震措施。

3 結語

1）對西灣露天煤礦采用爆破振動檢測手段，連續(xù)進行8 次爆破振動檢測，每次布置測點22 個，分別涵蓋廠區(qū)內和周邊建筑物。

2）根據(jù)薩道夫斯基公式擬合確定爆破振動速度衰減公式，其依據(jù)爆破振動檢測數(shù)據(jù)，并確定了系數(shù)K 和衰減指數(shù)α 為791.12 和1.607，并依據(jù)《爆破安全規(guī)程》確定了周邊不同類別建筑物安全振動速度允許值。

3）污水處理廠及廠內110 kV 變電站處振動速度有些許超出限值情況，是通過檢測數(shù)據(jù)峰值振速對比確定，應重點采取減震措施。