張愛(ài)華，趙昕普

（1.神東天隆集團(tuán)股份有限公司 武家塔露天煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000，2.五礦建設(shè)投資管理(北京)有限公司，北京 100010）

爆破振動(dòng)能夠?qū)е侣短烀旱V發(fā)生邊坡失穩(wěn)和巖體崩塌[1]，也使鄰近民房和人員設(shè)備具有安全隱患[2]。針對(duì)露天煤礦爆破振動(dòng)的衰減規(guī)律，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量研究[3-6]。安勝杰等[7]在露天煤礦布置4 個(gè)測(cè)點(diǎn)，分析3 個(gè)方向爆破振速規(guī)律，發(fā)現(xiàn)爆心距對(duì)爆破振速的影響程度明顯；胡存虎等[8]探索了露天煤礦上覆50 m 巖石的深孔拋擲爆破技術(shù)，掌握了爆破參數(shù)的確定方法；魏格平等[9]采用灰色關(guān)聯(lián)分析方法研究了孔深、藥量、爆心距對(duì)爆破振動(dòng)傳播規(guī)律的影響程度；張?zhí)煳牡萚10]研究了爆破振動(dòng)對(duì)露天礦邊坡的穩(wěn)定性，揭示了礦區(qū)西幫變形的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)；溫延新等[11]采用PCA 和ELM 相結(jié)合的方法對(duì)露天采礦爆破振動(dòng)對(duì)民房的破壞問(wèn)題進(jìn)行了預(yù)測(cè)分析；費(fèi)鴻祿等[12]對(duì)露天煤礦爆破施工進(jìn)行了聲波測(cè)試，分析了爆破振動(dòng)對(duì)巖體的損傷效應(yīng)?；诖?，考慮巖石條件、巖石的完整性及巖石的軟硬程度，對(duì)露天煤礦爆破振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，通過(guò)擬合薩道夫斯基公式獲得回歸系數(shù)，分析露天煤礦爆破振動(dòng)的衰減效應(yīng)。

1 爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)

露天礦區(qū)以單斜構(gòu)造為主，巖石地層走向N25°W，與礦區(qū)下盤(pán)工作幫坡面基本相同，傾向S65°W，傾角1°～3°，具有寬緩的波狀起伏；露天礦區(qū)內(nèi)巖體多為砂質(zhì)泥巖、含礫砂巖、白砂巖，部分區(qū)域白砂巖完整性較好。

露天煤礦爆破參數(shù)為：臺(tái)階高度12 m，炮孔直徑150 mm，按照6 m×7 m 布置炮孔，最小抵抗線4m；使用銨油炸藥和非電毫秒導(dǎo)爆管雷管，采用孔內(nèi)、排間分區(qū)微差爆破方案[13]，分區(qū)延期時(shí)間為100～150 ms。

基于露天礦區(qū)第四采區(qū)的20～60 m 寬平臺(tái)進(jìn)行了5 次爆破監(jiān)測(cè)試驗(yàn)[14]。

1.1 第1 次爆破監(jiān)測(cè)試驗(yàn)

第1 次爆破監(jiān)測(cè)試驗(yàn)位于露天礦區(qū)60 m 平臺(tái)，18 個(gè)炮孔按照3 行6 列的方式布置，非電毫秒導(dǎo)爆管雷管的延期時(shí)間為150 ms，爆破方法為松動(dòng)爆破，第1 次爆破監(jiān)測(cè)試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置如圖1。第1 次爆破振動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 第1 次爆破振動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖1 第1 次爆破監(jiān)測(cè)試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置

第1 次爆破監(jiān)測(cè)試驗(yàn)巖石條件均為砂質(zhì)泥巖，根據(jù)總藥量和單段最大藥量進(jìn)行了2 次回歸分析：第1 次分析時(shí)采用4 臺(tái)儀器，總藥量為960 kg，單段最大藥量為180 kg；第2 次分析時(shí)同樣采用4 臺(tái)儀器，總藥量為780 kg，單段最大藥量為120 kg。

第1 次分析時(shí)，擬合系數(shù)K 值為252，擬合系數(shù)α 值為1.6；第2 次分析時(shí)，K 值為379，α 值為1.8；即使巖石條件相同，擬合系數(shù)中K 值和α 值也存在著差異。

由于采用松動(dòng)爆破方法且個(gè)別炮孔產(chǎn)生拒爆，導(dǎo)致拒爆炮孔周?chē)鷰r體未能正常破碎，且由于能量分布不均勻，導(dǎo)致有小石塊飛出，由于最小抵抗線小于排距，導(dǎo)致爆破區(qū)域后側(cè)產(chǎn)生部分裂隙，但裂隙寬度均小于5 cm，未對(duì)臺(tái)階造成破壞。

1.2 第2 次爆破監(jiān)測(cè)試驗(yàn)

第2 次爆破監(jiān)測(cè)試驗(yàn)位于露天礦區(qū)50 m 寬平臺(tái)，此次爆破方法為剝離爆破，共計(jì)100 個(gè)炮孔，按照10 行10 列的方式布置，其中有60 個(gè)炮孔為淺孔，深度為6 m，非電毫秒導(dǎo)爆管雷管的延期時(shí)間與第1 次爆破監(jiān)測(cè)試驗(yàn)相同。第2 次爆破監(jiān)測(cè)試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置如圖2。第2 次爆破振動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 第2 次爆破振動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖2 第2 次爆破監(jiān)測(cè)試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置

第2 次爆破監(jiān)測(cè)試驗(yàn)共進(jìn)行了3 次回歸分析，總藥量分別為3 500、2 390、900 kg，對(duì)應(yīng)的單段最大藥量分別為70、120、60 kg；由于巖石條件改變?yōu)榘咨皫r，且白砂巖的完整性較好，K 值降低至146，α值降低至1.5，說(shuō)明巖石條件是擬合系數(shù)的重要影響因素。

由于采用剝離爆破方法且沒(méi)有炮孔產(chǎn)生拒爆現(xiàn)象，使得爆破區(qū)域巖體破碎正常，塊度適中，且由于炮孔長(zhǎng)度深淺有別，使得臺(tái)階穩(wěn)定并具有良好自由面；同樣由于最小抵抗線小于排距，導(dǎo)致爆破區(qū)域后側(cè)產(chǎn)生了1 條長(zhǎng)度約60 m，寬度約12 cm 的裂隙。

1.3 第3 次爆破監(jiān)測(cè)試驗(yàn)

第3 次爆破監(jiān)測(cè)試驗(yàn)位于露天礦區(qū)40 m 寬平臺(tái)，32 個(gè)炮孔按照4 行9 列的方式布置，其中第1列和第9 列僅布置2 個(gè)炮孔，延期時(shí)間同樣為150 ms，爆破方法為清渣爆破，第3 次爆破振動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖3。第3 次爆破振動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

圖3 第3 次爆破監(jiān)測(cè)試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置

表3 第3 次爆破振動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

第3 次爆破監(jiān)測(cè)試驗(yàn)共進(jìn)行4 次回歸分析，并且此時(shí)巖石條件改變?yōu)楹[砂巖，擬合系數(shù)中K 值和α 值繼續(xù)減小，K 值減小至73，α 值減小至1.2。

由于提高了炸藥單耗，使得爆破區(qū)域內(nèi)巖體破碎更加充分，使得后期的施工更加方便；由于兩側(cè)的炮孔較少且優(yōu)先起爆，對(duì)爆破振動(dòng)的傳播起到了阻礙作用，未對(duì)鄰近民房和礦區(qū)邊坡造成損傷。

1.4 第4 次爆破監(jiān)測(cè)試驗(yàn)

第4 次爆破監(jiān)測(cè)試驗(yàn)位于露天礦區(qū)30 m 寬平臺(tái)，21 個(gè)炮孔按照3 行7 列的方式布置，采用孔內(nèi)、排間分區(qū)微差爆破方案，但延期時(shí)間仍然為150 ms，第4 次爆破監(jiān)測(cè)試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置如圖4。第4 次爆破振動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

圖4 第4 次爆破監(jiān)測(cè)試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置

表4 第4 次爆破振動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

第4 次爆破監(jiān)測(cè)試驗(yàn)總藥量為1 575 kg，單段最大藥量為75 kg，巖石條件同第2 次爆破試驗(yàn)相同，均為白砂巖，但此時(shí)白砂巖節(jié)理裂隙發(fā)育，完整性較差，導(dǎo)致爆破振動(dòng)速度峰值有所衰減，說(shuō)明巖石中裂隙、節(jié)理甚至斷層等構(gòu)造會(huì)減弱爆破振動(dòng)效應(yīng)。

由于采用孔內(nèi)、排間分區(qū)微差爆破方案，使得單段最大藥量降低，從而導(dǎo)致爆破振動(dòng)速度峰值下降。從圖4 可知，爆破區(qū)域左右兩側(cè)均有抵抗線，且右側(cè)抵抗線距離大于左側(cè)抵抗線距離，導(dǎo)致右側(cè)形成了寬度約4.5～6.0 cm 的裂隙；由于此次爆破方法為拋擲爆破，使得露天煤礦臺(tái)階形成的效果良好，為后續(xù)施工提供了便捷條件。

1.5 第5 次爆破監(jiān)測(cè)試驗(yàn)

第5 次爆破監(jiān)測(cè)試驗(yàn)位于露天礦區(qū)20 m 寬平臺(tái)，同樣采用孔內(nèi)、排間分區(qū)微差爆破方案，共計(jì)109 個(gè)炮孔，按照11 行且相鄰2 行呈梅花狀的方式布置，第5 次爆破監(jiān)測(cè)試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置如圖5。第5 次爆破振動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

圖5 第5 次爆破監(jiān)測(cè)試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置

表5 第5 次爆破振動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

第5 次爆破監(jiān)測(cè)試驗(yàn)共進(jìn)行3 次回歸分析，巖石條件仍然為白砂巖，且擬合系數(shù)與第4 次爆破監(jiān)測(cè)試驗(yàn)擬合系數(shù)近似。相比于矩形布孔，梅花形布孔方式使得爆破區(qū)域巖體破碎更加均勻且此次沒(méi)有產(chǎn)生個(gè)別炮孔拒爆現(xiàn)象；抵抗線方向同樣位于爆破區(qū)域的左右兩側(cè)，但由于此次爆破的炸藥單耗相對(duì)提高，使得裂隙的寬度增加至0.2～1.1 m，并且裂隙的長(zhǎng)度也有所增加，為5～40 m；此次爆破方法同樣為拋擲爆破，臺(tái)階形成質(zhì)量同樣良好。

2 爆破振動(dòng)分析

薩道夫斯基公式為：

式中：R 為爆破振動(dòng)安全允許距離，m；Q 為炸藥量，齊發(fā)爆破為總藥量，延時(shí)爆破為最大單段藥量，kg；V 為保護(hù)對(duì)象所在地安全允許質(zhì)點(diǎn)振速，cm/s；K、α 為與爆破點(diǎn)至保護(hù)對(duì)象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)。

5 次爆破監(jiān)測(cè)試驗(yàn)共布置了56 個(gè)測(cè)點(diǎn)，但由于記錄儀的布置不當(dāng)，導(dǎo)致8 個(gè)測(cè)點(diǎn)未采集數(shù)據(jù)。由式（1）行回歸分析，且計(jì)算相關(guān)系數(shù)[15-16]，爆破振動(dòng)衰減效應(yīng)見(jiàn)表6。

表6 爆破振動(dòng)衰減效應(yīng)

從表6 爆破振動(dòng)衰減效應(yīng)可得：

1）通過(guò)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)1 和監(jiān)測(cè)試驗(yàn)4 對(duì)比可知：當(dāng)巖石條件從砂質(zhì)泥巖變化至白砂巖時(shí)，擬合系數(shù)K值從379 減小至34，衰減率為91%；當(dāng)巖石條件從白砂巖變化至砂質(zhì)泥巖時(shí)，擬合系數(shù)α 值由1.0 增加到1.8，增加率為80%；由此說(shuō)明，巖石的普氏系數(shù)與爆破振動(dòng)的擬合系數(shù)中K 值和α 值呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

2）當(dāng)巖石條件均為白砂巖時(shí)，第2 次監(jiān)測(cè)試驗(yàn)的白砂巖完整性好，擬合系數(shù)中K 值和α 值分別為146 和1.5；第4、5 次監(jiān)測(cè)試驗(yàn)的白砂巖存在裂隙、節(jié)理等結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致擬合系數(shù)中K 值降低至34 和45，α 值降低至1.0 和1.2。

3）由于爆源下部平臺(tái)的測(cè)點(diǎn)位于最小抵抗線方向，并且測(cè)點(diǎn)只涵蓋爆破中區(qū)和爆破遠(yuǎn)區(qū)，沒(méi)有獲得爆破近區(qū)的數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致爆源下部平臺(tái)擬合系數(shù)中K 值和α 值離散性較大。

4）通過(guò)對(duì)5 次爆破監(jiān)測(cè)試驗(yàn)振動(dòng)速度峰值進(jìn)行薩道夫斯基公式擬合，發(fā)現(xiàn)相關(guān)系數(shù)γ 均大于0.9，說(shuō)明數(shù)據(jù)合理且線性程度較好。

3 結(jié)語(yǔ)

1）當(dāng)巖石條件從軟弱的砂質(zhì)泥巖變化至質(zhì)地堅(jiān)硬的白砂巖時(shí)，擬合系數(shù)K 值從379 下降到34，擬合系數(shù)α 值從1.8 減小至1.0，因此說(shuō)明巖石的地質(zhì)條件是影響爆破振動(dòng)衰減的重要條件。

2）當(dāng)巖石條件相同時(shí)，完整性好的巖體爆破振動(dòng)擬合系數(shù)均大于存在節(jié)理裂隙結(jié)構(gòu)巖體的爆破振動(dòng)擬合系數(shù)。