摘要：為研究露天礦山深孔爆破裝藥結(jié)構(gòu)與孔內(nèi)延期對(duì)爆破振動(dòng)的影響，基于薩道夫斯基公式，應(yīng)用Matlab軟件對(duì)連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)的多級(jí)臺(tái)階質(zhì)點(diǎn)振速峰值進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得出3個(gè)方向的質(zhì)點(diǎn)振速峰值衰減公式。分析結(jié)果表明：豎直方向質(zhì)點(diǎn)振速峰值衰減最快，水平方向接近；二級(jí)臺(tái)階的水平方向質(zhì)點(diǎn)振速峰值稍大于豎直方向，與高程放大效應(yīng)有關(guān)。經(jīng)過對(duì)比間隔裝藥孔內(nèi)延期結(jié)構(gòu)分析得知，延期時(shí)間設(shè)置在15 ms與25 ms時(shí)，對(duì)降低爆破振動(dòng)的效果明顯，可為類似工程項(xiàng)目施工提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：露天開采；爆破振動(dòng)；薩道夫斯基公式；衰減規(guī)律；裝藥結(jié)構(gòu)；孔內(nèi)延期

[中圖分類號(hào)：TD235 文章編號(hào)：1001-1277（2025）03-0050-04 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A doi：10.11792/hj20250309 ]

引言

露天礦山爆破振動(dòng)是生產(chǎn)過程中無法避免的危害之一，爆破振動(dòng)強(qiáng)度對(duì)安全生產(chǎn)有直接影響，近年來國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者和工程技術(shù)人員在這方面做了大量的工作和研究。SAHELI等［1-2］研究得出，爆破振動(dòng)會(huì)對(duì)鄰近既有建筑物造成一定影響，產(chǎn)生影響的主要原因在于爆破振動(dòng)效應(yīng)的主振頻率與建（構(gòu)）筑物的固有頻率接近，從而發(fā)生共振破壞效應(yīng)。史靈杰［3］針對(duì)露天礦山爆破振動(dòng)對(duì)鄰近民房和其他建筑物產(chǎn)生潛在影響的問題，以現(xiàn)場(chǎng)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)為依據(jù)，確定了不同結(jié)構(gòu)建筑物的安全距離。李勝林等［4］依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爆破振動(dòng)數(shù)據(jù)，基于日本株式會(huì)社公式和薩道夫斯基公式對(duì)爆破振動(dòng)峰值速度進(jìn)行分析與預(yù)測(cè)。張愛華等［5］考慮不同巖石條件、巖石完整性及巖石軟硬程度，對(duì)爆破振動(dòng)速度峰值進(jìn)行薩道夫斯基公式擬合，研究分析爆破振動(dòng)的衰減效應(yīng)。張鎖珠［6］詳細(xì)分析了爆破振動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)理和影響爆破振動(dòng)的關(guān)鍵因素，在此基礎(chǔ)上提出多種爆破振動(dòng)控制措施。付俊等［7］研究了爆破振動(dòng)對(duì)露天礦山邊坡的影響，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與地質(zhì)條件結(jié)合，采用修正的經(jīng)驗(yàn)公式相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.94。李繼業(yè)等［8-9］在實(shí)際生產(chǎn)中總結(jié)了影響爆破振動(dòng)的因素，提出巖石結(jié)構(gòu)與起爆網(wǎng)絡(luò)等對(duì)爆破振動(dòng)的具體影響。張士科等［10］為探索有效的爆破振動(dòng)預(yù)測(cè)方法，通過建立遺傳算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型，分析得出爆破振動(dòng)預(yù)測(cè)模型參數(shù)與特征參量之間呈非線性關(guān)系。張波等［11-13］采用量綱分析法推導(dǎo)出了包含高程等因素的振速預(yù)測(cè)模型，豐富了復(fù)雜場(chǎng)地環(huán)境的振速預(yù)測(cè)方式。

為研究得出露天礦深孔爆破裝藥結(jié)構(gòu)與孔內(nèi)延期對(duì)爆破振動(dòng)的影響，本文依托某露天礦山工程項(xiàng)目，基于控制變量法分別采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)與間隔孔內(nèi)延期裝藥結(jié)構(gòu)2種爆破方案進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并對(duì)

2種裝藥結(jié)構(gòu)所誘發(fā)的爆破振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析，得出深孔裝藥結(jié)構(gòu)和孔內(nèi)延期對(duì)臺(tái)階地表振動(dòng)強(qiáng)度衰減規(guī)律的影響。

1工程背景

1.1項(xiàng)目概況

該露天礦山巖層多為砂巖和泥巖，巖石密度為2 500～2 700 kg/m3，巖石抗壓強(qiáng)度為15～40 MPa，礦區(qū)巖體屬于軟巖和中硬巖，縱波在巖體內(nèi)傳播速度為2 900～3 900 m/s。

1.2試驗(yàn)參數(shù)

為研究該露天礦深孔爆破裝藥結(jié)構(gòu)與孔內(nèi)延期對(duì)爆破振動(dòng)的影響，采用控制變量法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，即現(xiàn)場(chǎng)分別采用深孔連續(xù)裝藥與間隔裝藥2種裝藥結(jié)構(gòu)進(jìn)行5種方案的爆破試驗(yàn)。2種裝藥結(jié)構(gòu)如圖1所示。

現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)均采用梅花布孔，數(shù)碼電子雷管起爆，起爆藥包均為2 kg的二號(hào)巖石乳化炸藥，主起爆藥為混裝粒狀銨油炸藥，連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)填塞長(zhǎng)度為6 m，間隔裝藥結(jié)構(gòu)的間隔長(zhǎng)度為2.5 m。間隔裝藥填塞長(zhǎng)度為3.5～4 m，5種現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)方案控制變量具體參數(shù)如表1所示。

2爆破振動(dòng)信號(hào)分析

爆破振動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)采用TC-4850爆破測(cè)振儀，儀器布置在一級(jí)臺(tái)階、二級(jí)臺(tái)階、三級(jí)臺(tái)階和四級(jí)臺(tái)階進(jìn)行同時(shí)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)過程中，測(cè)振儀x方向指向爆區(qū)中心，x方向?yàn)楸茝较颍瑈方向?yàn)楸魄邢颍▁、y方向?yàn)樗椒较颍?，z方向?yàn)楸曝Q向（豎直方向）。

由于更高臺(tái)階監(jiān)測(cè)振動(dòng)數(shù)據(jù)較小，所以僅選取一至四級(jí)臺(tái)階監(jiān)測(cè)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析。

2.1連續(xù)裝藥振動(dòng)信號(hào)分析

對(duì)連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)方案現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)所監(jiān)測(cè)到的振動(dòng)信號(hào)提取質(zhì)點(diǎn)振速峰值，基于薩道夫斯基公式［14-15］，使用Matlab軟件對(duì)質(zhì)點(diǎn)振速峰值數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，最終得到x、y、z 3個(gè)方向的質(zhì)點(diǎn)振速峰值曲線，如圖2所示。

大，說明振動(dòng)能量在透過傳播介質(zhì)后幾何形態(tài)發(fā)生變化，振動(dòng)方向也隨之改變，從而影響3個(gè)方向具體的振動(dòng)強(qiáng)度。這一現(xiàn)象從側(cè)面也說明，爆破振動(dòng)信號(hào)在傳播過程中存在高程放大效應(yīng)，即二級(jí)臺(tái)階的某一方向質(zhì)點(diǎn)振速峰值衰減變緩，導(dǎo)致在傳播過程中該方向質(zhì)點(diǎn)振速峰值出現(xiàn)大于其他方向現(xiàn)象。③結(jié)合三級(jí)臺(tái)階和四級(jí)臺(tái)階的質(zhì)點(diǎn)振速峰值發(fā)現(xiàn)，z方向質(zhì)點(diǎn)振速峰值又稍大于x方向和y方向數(shù)值，也可以從側(cè)面驗(yàn)證高程放大效應(yīng)這一觀點(diǎn)。④整體上z方向質(zhì)點(diǎn)振速峰值衰減速率最大，原因是z方向的K和α的絕對(duì)值均最大。

2.2間隔裝藥振動(dòng)信號(hào)分析

為研究該露天礦山深孔爆破裝藥結(jié)構(gòu)與孔內(nèi)延期對(duì)爆破振動(dòng)的影響，將間隔裝藥結(jié)構(gòu)方案現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)所監(jiān)測(cè)到的振動(dòng)信號(hào)提取質(zhì)點(diǎn)振速峰值進(jìn)行整理，結(jié)果分別如圖3和圖4所示。

從圖3和圖4可以看出：①連續(xù)裝藥的爆破質(zhì)點(diǎn)振速峰值整體最大，間隔裝藥能夠?qū)⒈普駝?dòng)強(qiáng)度適當(dāng)降低；②間隔裝藥結(jié)構(gòu)方案中孔內(nèi)延期時(shí)間設(shè)置為25 ms所誘發(fā)的x方向和z方向相對(duì)于y方向的質(zhì)點(diǎn)振速峰值較?。虎劭變?nèi)延期時(shí)間設(shè)置為15 ms時(shí)，y方向相對(duì)于其他2個(gè)方向的質(zhì)點(diǎn)振速峰值較小。說明孔內(nèi)延期時(shí)間設(shè)置為15 ms和25 ms的間隔裝藥結(jié)構(gòu)有助于控制臺(tái)階爆破振動(dòng)強(qiáng)度。

對(duì)比圖3和圖4可以得出：①二級(jí)臺(tái)階相對(duì)于一級(jí)臺(tái)階由于振動(dòng)傳播過程的復(fù)雜性，振動(dòng)信號(hào)衰減規(guī)律隨之復(fù)雜，整體上間隔裝藥也在多個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)中體現(xiàn)出了一定的減振效果，但z方向效果不明顯，這與前面分析的結(jié)論相吻合，即振動(dòng)能量傳播方向出現(xiàn)改變后，各方向振速大小變化較為明顯；②間隔裝藥結(jié)構(gòu)孔內(nèi)延期時(shí)間設(shè)置為15 ms和25 ms的間隔裝藥爆破方案同樣有助于降低二級(jí)臺(tái)階的爆破振動(dòng)強(qiáng)度［16］。

3結(jié)論

1）對(duì)多級(jí)臺(tái)階振動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)與質(zhì)點(diǎn)振速峰值數(shù)據(jù)擬合處理，基于薩道夫斯基公式，得到連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)所誘發(fā)的不同方向質(zhì)點(diǎn)振速峰值衰減公式；連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)一級(jí)臺(tái)階z方向質(zhì)點(diǎn)振速峰值最大，且z方向振速衰減速率最快，其余臺(tái)階3個(gè)方向質(zhì)點(diǎn)振速峰值與衰減速率接近。

2）爆破振動(dòng)信號(hào)在傳播過程中所攜帶的振動(dòng)能量在巖土體中發(fā)生透反射衰減，使爆破振動(dòng)信號(hào)傳播方向發(fā)生改變，導(dǎo)致某一方向振動(dòng)能量衰減速率減慢，出現(xiàn)高程放大效應(yīng)。

3）連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)相對(duì)于間隔裝藥結(jié)構(gòu)所誘發(fā)的爆破振動(dòng)強(qiáng)度較大，間隔裝藥結(jié)構(gòu)孔內(nèi)延期時(shí)間設(shè)置為15 ms和25 ms時(shí)，對(duì)多級(jí)臺(tái)階控制爆破振動(dòng)強(qiáng)度的效果較好，在實(shí)際生產(chǎn)中可結(jié)合不同爆破需求進(jìn)行合理選擇。

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Study on the influence of charge structure and in?hole delay on blasting vibration

in open?pit long?hole blasting

Xin Pengfei1， Guan Fuchen2， 3， Hao Chunhui2， Gu Siyi2， Zhang Xin2

（1.Wujiata Open?pit Coal Mine， Shendong Tianlong Group Co.， Ltd.;

2.Liaoning Agricultural Vocational and Technical College;

3.Blasting Technology Research Institute， Liaoning Technical University）

Abstract：To investigate the influence of charge structure and in?hole delay on blasting vibration in open?pit long?hole blasting， the Sadovsky formula was applied with Matlab software to fit peak particle velocity （PPV） data from multi?level benches under continuous charge structures. Attenuation formulas for PPV in 3 directions were derived. Analysis reveals that vertical PPV attenuates fastest， while horizontal PPV exhibits similar trends. At secondary benches， horizontal PPV slightly exceeds vertical PPV， attributed to elevation amplification effects. Comparative analysis of in?hole delay structures in interval charge demonstrates that delay times of 15 ms and 25 ms significantly reduce blasting vibration， providing practical references for similar engineering projects.

Keywords：open?pit mining; blasting vibration; Sadovsky formula; attenuation laws; charge structure; in?hole delay