摘要：巷道掘進(jìn)爆破中，爆破振動(dòng)是影響巷道穩(wěn)定性和充填體穩(wěn)定性的重要因素，頻繁的爆破振動(dòng)會(huì)對(duì)巷道圍巖和充填體造成損傷，最終發(fā)生失穩(wěn)破壞。通過(guò)建立爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，改進(jìn)爆破方案和監(jiān)測(cè)位置研究巖體和充填體爆破振動(dòng)速度衰減規(guī)律，得出巖體與充填體振動(dòng)速度衰減規(guī)律的差異性，從而優(yōu)化焦家金礦爆破藥量。研究結(jié)果表明：距離爆源越近，爆破振動(dòng)速度越大，而且會(huì)隨著爆心距增加逐步衰減；最大振動(dòng)速度出現(xiàn)在爆源附近，采場(chǎng)爆破對(duì)充填體的擾動(dòng)破壞更大；距離爆炸點(diǎn)相等的充填體平均振動(dòng)速度為0.223 cm/s，要大于巖體平均振動(dòng)速度（0.087 cm/s）。根據(jù)焦家金礦巖體爆破振動(dòng)速度傳播特點(diǎn)，結(jié)合GB 6722—2023 《爆破振動(dòng)安全規(guī)程》，得出了最大單段藥量與安全距離的對(duì)應(yīng)關(guān)系，提出了一種新的動(dòng)力應(yīng)力比法，不僅為優(yōu)化鑿巖爆破設(shè)計(jì)和爆破藥量設(shè)計(jì)提供依據(jù)，而且為焦家金礦深層礦床安全高效開(kāi)采提供可靠的保證。

關(guān)鍵詞：爆破振動(dòng)速度；充填體；穩(wěn)定性；振動(dòng)監(jiān)測(cè)；爆破振動(dòng)

中圖分類號(hào)：TD235文章編號(hào)：1001-1277（2024）05-0014-05

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Adoi：10.11792/hj20240504

引言

爆破振動(dòng)達(dá)到足夠強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)引起各種破壞現(xiàn)象，造成礦山經(jīng)濟(jì)損失［1］。爆破振動(dòng)具有非常典型的非平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)特點(diǎn)，對(duì)建筑物的影響實(shí)質(zhì)上是一種能量的傳遞和轉(zhuǎn)化過(guò)程，該過(guò)程會(huì)受到爆破地震波能量特征的影響［2］。

山東黃金礦業(yè)（萊州）有限公司焦家金礦（下稱“焦家金礦”）采用進(jìn)路式充填采礦法回采過(guò)程中，主要采用鑿巖爆破的回采方式，頻繁的生產(chǎn)爆破會(huì)對(duì)巷道圍巖和充填體造成損傷，極易誘發(fā)巷道、采場(chǎng)和采空區(qū)等礦山地下工程的破壞或坍塌［3］。了解爆破振動(dòng)在巷道圍巖和充填體的衰減規(guī)律，能較好地預(yù)判特定條件下的爆破振動(dòng)，防止圍巖和充填體的失穩(wěn)破壞［4］。

1爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1.1爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備

本次試驗(yàn)采用NUBOX-6016型智能振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，該設(shè)備主要針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)爆破振動(dòng)、爆破沖擊等進(jìn)行測(cè)試，記錄分析爆破信號(hào)，對(duì)傳感器產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)模擬型號(hào)進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)，對(duì)關(guān)心特征的信號(hào)進(jìn)行正確記錄，可實(shí)現(xiàn)多段振動(dòng)信號(hào)的連續(xù)自動(dòng)記錄［5］。配套使用TP3V-4.5三維速度型傳感器和BM View爆破振動(dòng)專用測(cè)試分析軟件。

1.2爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)內(nèi)容

振動(dòng)監(jiān)測(cè)一般采用質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度，傳感器收集數(shù)據(jù)，導(dǎo)入BM View軟件得到振動(dòng)信號(hào)，進(jìn)行頻譜分析、矢量合成等處理。爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容為：

1）監(jiān)測(cè)主振頻率，確定爆破振動(dòng)主振頻率頻譜，分析變化規(guī)律，以降低共振對(duì)沿脈運(yùn)輸巷道的破壞作用［6］。

2）監(jiān)測(cè)最大振動(dòng)速度，得到爆破質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度，分析最大裝藥量和振動(dòng)速度關(guān)系，以尋找爆破藥量和爆破距離與沿脈運(yùn)輸巷道破壞的聯(lián)系［7］。

2充填體爆破振動(dòng)速度衰減規(guī)律

2.1爆破振動(dòng)速度監(jiān)測(cè)方案

以焦家金礦-570 m階段112采場(chǎng)為例，該采場(chǎng)采用淺孔爆破，單次爆破推進(jìn)1.8～2.0 m。爆破振動(dòng)傳感器的安裝是爆破質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵，由于112采場(chǎng)的進(jìn)路較短，將傳感器布置在相鄰的108采場(chǎng)，爆源和測(cè)點(diǎn)中間全部是充填體，對(duì)數(shù)據(jù)的分析無(wú)影響［8］。

2.2監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析

以焦家金礦-570 m階段112采場(chǎng)為例，充填體各傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，監(jiān)測(cè)點(diǎn)參數(shù)和分析得到的合速度見(jiàn)表2。每個(gè)傳感器有3個(gè)通道，每個(gè)通道有3個(gè)振動(dòng)波形，表示采場(chǎng)微差爆破中的其中3段，最大合速度對(duì)應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)最大單段藥量［9］，由于1號(hào)傳感器比其他傳感器距爆源更近，因此所監(jiān)測(cè)到的振動(dòng)速度是最大的。由表2可知，在爆破地震波傳播過(guò)程中，隨著爆心距的增大，其振動(dòng)速度迅速衰減。

2.3預(yù)測(cè)模型

由于炸藥量和爆心距是影響爆破振動(dòng)強(qiáng)度的主要因素［5］。因此，以爆破質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度表征振動(dòng)強(qiáng)度，應(yīng)用薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。

vz=K3QRα（1）

式中：vz為質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度（cm/s）；K為與介質(zhì)性質(zhì)相關(guān)的系數(shù)；Q為最大單段藥量（kg）；R為監(jiān)測(cè)點(diǎn)到爆源的距離（m）；α為振動(dòng)波隨距離衰減的系數(shù)［10］。

根據(jù)薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式，利用回歸原理，找出合速度（v）與比例距離之間的關(guān)系，得到K、α值。利用多次監(jiān)測(cè)到的爆破振動(dòng)數(shù)據(jù)，計(jì)算得到式（2）：

v=367.040 853QR1.764 36（2）

峰值振動(dòng)速度隨比例距離變化關(guān)系見(jiàn)圖1。

3巖體爆破振動(dòng)速度衰減規(guī)律

3.1爆破振動(dòng)速度監(jiān)測(cè)方案

以焦家金礦100-4采場(chǎng)為例，由于巷道布置錯(cuò)綜復(fù)雜，選擇在圍巖比較堅(jiān)固的地方布置傳感器，且嚴(yán)格避開(kāi)隔空區(qū)。在綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)布置的條件下，最終選擇將傳感器布置在采場(chǎng)進(jìn)路中。

3.2監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析

以焦家金礦100-4采場(chǎng)第一次掘進(jìn)爆破為例，各傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3，監(jiān)測(cè)點(diǎn)參數(shù)和分析得到的合速度見(jiàn)表4。由表3、表4可知，在爆破地震波傳播的過(guò)程中，隨著爆心距的增大，其振動(dòng)速度迅速衰減。

3.3預(yù)測(cè)模型

計(jì)算方法同2.3，根據(jù)薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式，利用回歸原理，以及多次監(jiān)測(cè)到的爆破振動(dòng)數(shù)據(jù)，找出合速度與比例距離之間的關(guān)系，得到K、α值。計(jì)算得到式（3）：

v=164.243QR1.548（3）

巖體峰值振動(dòng)速度隨比例距離變化關(guān)系擬合圖見(jiàn)圖2。

4對(duì)比分析

4.1巖體與充填體峰值振動(dòng)速度對(duì)比

通過(guò)上述得到的充填體和巖體爆破振動(dòng)速度衰減預(yù)測(cè)公式，可以發(fā)現(xiàn)在比例距離相同的情況下，即爆破時(shí)最大單段藥量及爆心距相同，距爆源越近時(shí)，相比巖體，充填體峰值振動(dòng)速度越大，但充填體振動(dòng)速度的衰減速度更快;當(dāng)峰值振動(dòng)速度傳播到距爆源較遠(yuǎn)位置時(shí)，充填體的峰值振動(dòng)速度又會(huì)比巖體峰值振動(dòng)速度?。ㄒ?jiàn)圖3）。因此，在爆源附近，采場(chǎng)爆破對(duì)充填體的破壞更大［11-13］。

若把充填體看作軟弱巖體，獲得經(jīng)驗(yàn)公式中的場(chǎng)地系數(shù)K、衰減系數(shù)α和GB 6722—2023 《爆破安全規(guī)程》（見(jiàn)表5）中的一致，說(shuō)明監(jiān)測(cè)結(jié)果的正確性。

4.2敲擊試驗(yàn)?zāi)M爆破現(xiàn)場(chǎng)

薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式并不適用在爆源近點(diǎn)（如數(shù)米以內(nèi)）的爆炸振動(dòng)速度計(jì)算［14-18］。在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行爆破振動(dòng)監(jiān)控時(shí)，為了防止對(duì)設(shè)備造成損害，必須將傳感器設(shè)置在遠(yuǎn)離爆炸源的地方［19-23］，同時(shí)又不能監(jiān)控爆炸附近的振動(dòng)速度，所以在巖體與填充物之間進(jìn)行了撞擊測(cè)試，發(fā)現(xiàn)巖體與填充物之間的距離是一樣的（見(jiàn)圖4），監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表6。

4.3爆破藥量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)

在GB 6722—2023 《爆破安全規(guī)程》中，對(duì)于特定的典型結(jié)構(gòu)，提出了若干具體的臨界值，并將其作為判定依據(jù)，簡(jiǎn)明扼要，易于理解，但判據(jù)比較單一，并不具有很好的說(shuō)服力。同時(shí)，爆破振動(dòng)受多種條件綜合影響，如巖石力學(xué)條件、地形環(huán)境條件等。為此，本文提出了一種新的動(dòng)力應(yīng)力比法。根據(jù)焦家金礦巖體爆破振動(dòng)速度傳播特點(diǎn)，結(jié)合GB 6722—2023 《爆破安全規(guī)程》，得出了最大單段藥量與安全距離的對(duì)應(yīng)關(guān)系，給出了相應(yīng)的計(jì)算公式：

v=164.243QR1.548（4）

另外，通過(guò)擬合最大單段藥量與安全距離，得出了無(wú)支護(hù)硐室安全距離、風(fēng)井與無(wú)支護(hù)巷道、采場(chǎng)間爆破安全距離、噴錨網(wǎng)支護(hù)巷道安全距離、U型鋼支護(hù)巷道安全距離等。以無(wú)支護(hù)硐室的安全距離作為實(shí)例，結(jié)果見(jiàn)圖5、表7。

5結(jié)論

本文通過(guò)監(jiān)測(cè)焦家金礦巷道鑿巖爆破產(chǎn)生的爆破振動(dòng)，研究爆破振動(dòng)速度在巷道圍巖和充填體中的衰減規(guī)律，并根據(jù)薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式，分別得出預(yù)測(cè)模型，得到以下結(jié)論：

1）充填體中距離爆源52.49 m的1號(hào)傳感器測(cè)得的合速度為0.846 cm/s，而距離爆源64.07 m的3號(hào)傳感器測(cè)得的合速度為0.571 cm/s，表明距離爆源越近，爆破振動(dòng)速度越大，而且會(huì)隨著爆心距增加逐步衰減。

2）最大振動(dòng)速度在爆源附近，采場(chǎng)爆破對(duì)充填體的擾動(dòng)破壞更大。

3）在進(jìn)行敲擊試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，在距離爆炸點(diǎn)相等的充填體內(nèi)平均振動(dòng)速度為0.223 cm/s，要大于巖體平均振動(dòng)速度（0.087 cm/s）。

4）根據(jù)焦家金礦巖體爆破振動(dòng)速度傳播的特點(diǎn)，結(jié)合GB 6722—2023 《爆破安全規(guī)程》，得出了最大單段藥量與安全距離的對(duì)應(yīng)關(guān)系為v=164.243QR1.548。

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Study on attenuation law of blasting vibration velocity in rock mass and filling body

Zhang Bo

（Jiaojia Gold Mine，Shandong Gold Mining Industry （Laizhou） Co.，Ltd.）

Abstract：Blasting vibration in roadway excavation blasting is an important factor affecting the stability of roadways and filling bodies.Frequent blasting vibration can cause damage to the surrounding rock of roadways and filling bodies，ultimately leading to instability and failure.By establishing a blasting vibration monitoring system and improving blasting schemes and monitoring positions，the attenuation law of blasting vibration velocity in the rock mass and filling body is studied.The differences in vibration attenuation laws between rock mass and filling body are obtained，thereby optimizing the blasting charge of Jiaojia Gold Mine.The results show that the closer to the blast source，the more pronounced the blasting vibration velocity，which gradually decreases with increasing distance from the blast center.The maximum vibration velocity occurs near the blast source，and blasting in the stope causes greater disturbance and damage to the filling body.The average vibration velocity in the filling body at a distance equal to the explosion point is 0.223 cm/s，greater than the average vibration velocity inside the rock of 0.087 cm/s.Based on the characteristics of blasting vibration velocity propagation in Jiaojia Gold Mine，combined with GB 6722—2023 Blasting Vibration Safety Regulations，the corresponding relationship between the maximum charge for a single section and the safe distance is derived，and a new dynamic stress ratio method is proposed.This not only provides a basis for optimizing rock blasting design and blasting charge optimization design but also provides a reliable guarantee for the safe and efficient mining of deep-seated ore deposits in Jiaojia Gold Mine.

Keywords：blasting vibration velocity;filling body;stability;vibration monitoring;blasting vibration