浅析露天矿山爆破时对临近建筑物的降震技术

摘要：在矿山爆破产生的危害中，影响最大的是爆破地震波对周围建筑物的影响。本文主要对爆破地震效应主要控制因素及爆破地震波的特征及其影响进行了分析，进而阐述了露天矿爆破减震技术措施及其应用。

关键词：露天矿山；爆破；降震

一、爆破地震效应主要控制因素

1.1爆破地震速度

爆破作用引起的地震波是一种极为复杂的随机波，一般情况下，为了研究方便，假定介质是均质的、各向同性的弹性体，介质质点作简谐运动。因此，介质质点的运动状态可用位移x、速度V和加速度a等物理量进行描述，即式(1)。在实际应用时，通常取各物理量的峰值，即式(2)。

(1)x=Asinωt；V=dx／dt×sin(ωt+p／2)；a=d2x／dt2=ω2Asin(ωt+p)

(2)x=A；V=ωA=a／2πf；a=ω2A=2πfv

式中，A为质点振动幅值，mm；ω为圆频率，ω=2πf；f为振动频率，Hz；t为时间，s。由式(1)、(2)式可见，只要测量到3个物理量中的任何一个，原则上就可以确定其它2个。为了能在理论上完整地描述爆破地震波的传播规律，必须同时测量质点运动的3个正交分向量，并将它们表达成时间的函数，然后求其矢量和。实测资料表明，采用质点振动速度作为衡量和描述爆破地震振动强度的标准，比采用位移和加速度作为衡量标准更有利于排除介质因素的影响，并且与构筑物的破坏特征的相关性更好。

介质质点的振动作为简谐运动，则介质质点的谐振速度V可表达成如下形式V=2πA/T，(3)。式中，A，f同前；T为振动周期，s，T=1/f。

当介质性质改变时，A和T同时增大或减小。当结构物受到振动时，符合弹性力学关系σ=E・ε.(4)。

因此，对于性质不同的介质，A和T的比值(A/T)变化极小，从而V值变化稳定。而应变ε与质点的振动速度V和波的传播速度C之间的关系则为ε=V/C，(5)。将式(5)代入式(4)，得到极限条件下的应力σm与极限振速Vm之间的关系为σm=Vm／EC.(6)

由此可见，爆破地震波作用在结构物上产生的应力与质点振动的速度成正比，这表明质点振动速度是一个判别结构物安全与否的重要物理量。

1.2爆破震动频率特性

当建筑物基础的输入地震的主要周期接近房屋的自振周期时，它将受到较大的震动，容易引起结构破坏。在天然地震中烈度为7度到9度时震动加速度平均为0.075~0.3g，大部分房屋将受到破坏。但在大量级爆破地震作用下，对一般房屋影响却很小，其主要原因之一就是它的频率较高。爆破振动信号是一种复杂的振动信号，包括很多频率成分，其中有一个或几个为主要成分。不同频率成分的信号对结构的振动影响是不尽相同的，有时其差别非常显著。如在实际爆破工程中，同一条件下，相邻建筑物的反应就可能极不相同，有的建筑物振动强烈，而有的反应不大，其中一个重要原因就是由于爆破地震波中包含很多频率成分当其中主要频率等于或接近某一建筑物的固有频率时，该建筑物就振动强烈，其余的频率对振动影响就弱。因此，在爆破振动分析中很有必要了解爆破振动信号的频率成分以及建筑物结构的固有频率特性。

二、爆破地震波的特征及其影响因素分析

2.1爆破地震波分为3个部分，有初至波，其振幅小频率高；主震相，特点是振幅大，频率比初至波低，是造成地震的主要部分；尾震段，也就是衰减波，无论是振幅还是频率都较低。

2.2衡量爆破地震强度的物理量若以速度为标准，则有振速经验式为:V=K(Q1/3/R)a.从该式中可以看出，在地质条件、岩石性质相同的条件下，必须减小药量，选择正确的爆破方法和合理的爆破参数才能达到减小地震的目的。而药量和爆破方法及爆破参数的选择又依赖于岩石性质和地质构造条件，所以在药量和爆破参数都为常数时，震速的大小主要决定于爆破地震波在岩石中传播时能量的衰减情况。

三、露天矿爆破减震技术措施及其应用

通过分析表明，为了既充分发挥爆破技术的经济效益，又最大限度地降低爆破振动的危害，必须重视爆破地震规律及其对各种建筑物和构筑物影响的研究。研究得出了以下认识:

3.1常规性减震技术及其应用

3.1.1确定合理的炮孔超深hc值

炮孔超深hc是露天矿台阶深孔爆破中一个极重要的参数，是指钻孔超出台阶底盘标高的那一段孔深。可根据经验公式:hc=(0.15~0.35)W底，式中，hc为超深，m；W底为底盘抵抗线，m。当岩石松软时取小值，岩石坚硬时取大值。对掌子面标高的标准化监控，是控制超深降低爆破震动的一个基本点。对采场内出现的根底、二层台等质量问题应及时处理，确保底板平整及其标高正常；另外，对已形成的爆区，要求前排炮孔的超深不得低于后排炮孔的超深，否则必须采取措施进行透补孔，以确保孔深在爆区施工时能达到设计标准。

3.1.2确定合理的孔网参数

生产矿山中孔网参数要解决的主要问题是排距b和孔距a的取值问题。孔网参数偏大，爆区的中心部位容易产生大块，底部较易产生球冠状根底，对后起爆的炮孔而言，其实际炮孔超深值必然变大，从而引起强烈的爆破震动作用。近年来，国内外露天矿多数采用大孔距爆破技术，根据经验表明，在保持每个炮孔负担面积S基本不变的情况下，适当地减小排距而加大孔距，增大临近系数，可使爆破质量得到改善。

3.1.3确定合理的炸药单耗

影响单位炸药消耗量的因素很多，主要有岩石的可爆性、炸药种类、自由面条件、起爆方式和块度要求等。合理的炸药单耗往往需要通过试验或长期生产实践来验证。单纯的增加单耗，爆破质量不一定得到相应的改善，相反，只能使矿岩过粉碎，并使爆炸能转换为地震波的能量增加，从而引起爆破灾变现象；反之，炸药单耗偏小，一方面爆破效果不理想，电铲挖掘困难，易于形成大块、根底、挡墙等系列爆破质量问题，另一方面也可能因此而造成强烈的地震效应。所以，合理的炸药单耗不仅可以确保爆破质量，而且对爆破减震也是至关重要的。

3.2专业性减震技术及其应用

3.2.1地震波反相叠加减震技术

药量大振动速度就大，这时地震线相干扰就比较严重，稍滞后的起爆药包或炮孔形成的地震波的初至波，很可能与先起爆形成的地震波的主震相叠加，在相位相同时，使得原来主震的振幅更大，增大了振速。如果与先起爆的地震波的尾震段相遇，也会起到相同的叠加现象，使振幅增大，同时造成了主震相区域扩大使持续时间延长，震害加大。若两个药包或两排炮孔之间的毫秒时差选得适当，第一个药包起爆后形成的地震波的尾震段已经衰减很小时，第2个药包再起爆，它的初至波就赶不上第一个波形的尾震段，不会产生波形的叠加，真正起到了药量分散、震速降低的作用。另外，当两个药包或两排炮孔间的起爆时差选得恰到好处时，甚至会产生相位相反的地震波形叠加，从而进一步削弱爆破震动的作用。

3.2.2异步分区起爆与大规模干扰降震技术

这一新技术的实质就是将一个大爆区对称地分为2、4、6……个分爆区，在对称位置上的炮孔孔数、装药量和岩性基本上要相同，起爆斜线同斜率要相近，按合理异步分区时间间隔t先后起爆各爆区对称位置上的各段炮孔，即整个爆区都能在后方产生地震波的干扰。其基本原理即对称位置后方产生干扰的原理，是以某间隔时间先后产生的相同的波，于爆区后方测震点都有干扰，在后方中线上的干扰最大。每个炮孔爆炸以后在测震点测得的波形、幅度和相位都有差异。而且段别、同段孔数、每孔雷管数、延时相对离散度、实际延时起爆间隔都对波形有影响。因此，对称位置产生干扰是大规模干扰降震的必要条件。这里的关键是对称分区及其起爆延时t的合理性。

四、结语

爆破地震效应的研究及其工程应用是一个很复杂的课题，实际工程的地震效应评价应综合考虑爆破振动速度、频率和持续时间等因素。影响爆破震动的因素很多，各种爆破减震技术措施的减震效果也各有侧重，在生产实践过程中要想控制好爆破震动，必须充分考虑各种因素，综合采用各种减震技术，才能保护好相邻建筑物。

参考文献：

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[2]徐振洋，穆大耀，张珍瑜。高段位雷管在露天矿山爆破降震中的应用[J]。云南冶金，2009，(6)。

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