爆破震動(dòng)第1章-緒--論

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)第1章 緒 論1.1 研究的背景及意義爆破是礦山生產(chǎn)主要環(huán)節(jié)之一。爆破質(zhì)量的好壞不僅影響著礦山生產(chǎn)過程中的鏟裝、運(yùn)輸、機(jī)械破碎等后續(xù)工藝的效率和總的經(jīng)濟(jì)效益，而且對(duì)礦山生產(chǎn)安全也有重要影響。爆破震動(dòng)是炸藥爆炸后應(yīng)力波在介質(zhì)中的傳播。就像爆炸使近區(qū)的介質(zhì)發(fā)生破壞一樣，當(dāng)爆破引起目標(biāo)物所處地帶的震動(dòng)幅值大于一定的數(shù)值時(shí)，會(huì)引起目標(biāo)物的損壞。生產(chǎn)爆破震動(dòng)是引起地下礦山巷道破壞的重要原因，也是誘發(fā)巖爆的主要因素之一。由于其地質(zhì)條件的復(fù)雜性、多變性，一直是都是研究的重點(diǎn)難點(diǎn)。頻繁

2、的爆破或大爆破會(huì)造成地下建筑物的破壞（破裂、塌陷、冒頂?shù)龋?，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致礦山地壓的變化，從而誘發(fā)巖爆發(fā)生，會(huì)影響企業(yè)的生產(chǎn)安全，降低生產(chǎn)能力，給工作人員人身安全造成重大傷害。通過對(duì)爆破震動(dòng)的監(jiān)測(cè)，得出可供分析的數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行研究，來優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)方案，減小生產(chǎn)爆破的破壞性。保國鐵礦鐵蛋山礦區(qū)位于遼寧省西北部北票市境內(nèi)，屬露天轉(zhuǎn)地下開采，選用無底柱分段崩落法開采，下盤圍巖較破碎，在礦石回采過程中地壓顯現(xiàn)明顯，尤其處于下盤圍巖之中的沿脈運(yùn)輸?shù)?，頂板下沉、開裂，幫壁開裂現(xiàn)象嚴(yán)重。加上保國鐵礦單次爆破藥量較大，進(jìn)路回采爆破頻繁，不可避免的對(duì)下盤運(yùn)輸?shù)赖姆€(wěn)定性造成干擾。雖然保國鐵礦對(duì)下盤運(yùn)輸?shù)啦捎昧隋^桿、金

3、屬網(wǎng)、鋼拱架及噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)，但在爆破震動(dòng)的擾動(dòng)及自然形變作用下，地壓?jiǎn)栴}仍然很突出。 (a)頂板冒落 (b)兩幫片落圖1.1 +50水平的冒落、片幫現(xiàn)象因此對(duì)鐵蛋山礦進(jìn)行爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)，研究破碎巖體中爆破震動(dòng)的傳播規(guī)律，爆破震動(dòng)對(duì)圍巖、巷道穩(wěn)定性的影響，以及各種爆破參數(shù)和傳播介質(zhì)對(duì)爆破震動(dòng)信號(hào)特征的影響，從而對(duì)鐵蛋山礦爆破震動(dòng)產(chǎn)生的危害進(jìn)行控制，對(duì)其爆破參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，為礦山安全高效生產(chǎn)提供有效指導(dǎo)。1.2國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究及現(xiàn)狀1.2.1 爆破震動(dòng)傳播規(guī)律爆破地震波是一種彈性波，它包括在介質(zhì)內(nèi)部傳播的體波和沿分層巖石層面?zhèn)鞑サ拿娌āＵ饎?dòng)區(qū)的能量?jī)H占爆炸總能量的很小部分，在巖石和干土中約為

4、26，在濕土中約為56，在水中約為20%。但是，震動(dòng)區(qū)內(nèi)的應(yīng)力波雖然已經(jīng)大大衰減，這些具有一定強(qiáng)度的小震幅震動(dòng)仍足以使結(jié)構(gòu)發(fā)生輕微破壞及發(fā)生不同程度的損傷破壞。由于近年來爆破震動(dòng)事故頻繁，使得對(duì)爆破震動(dòng)區(qū)的研究越來越多。爆炸波從介質(zhì)中的震源出發(fā)向外傳播，將在各向同性介質(zhì)中產(chǎn)生一個(gè)球面波。它的波陣面面積隨r2而增加，流過單位面積的能量隨r2而降低，從能量損耗的角度考慮，地震波強(qiáng)度應(yīng)該隨產(chǎn)r2或r的增大而衰減。同時(shí)，巖土介質(zhì)中存在大量微觀裂隙，客觀上使地震波隨傳播距離的增大而不斷呈指數(shù)形式衰減。根據(jù)我國爆破安全規(guī)程（GB6722-86）及國內(nèi)外的一些研究成果，在中國和前蘇聯(lián)爆普遍采用的薩道夫斯基公

5、式來研究爆破震動(dòng)的傳播規(guī)律1-3，由于地震波在傳播的過程中，地形的變化對(duì)爆破震動(dòng)效應(yīng)的影響是很明顯的；當(dāng)出現(xiàn)河溝、山谷、巷道、采空區(qū)、斷層、裂隙時(shí)，震動(dòng)效應(yīng)明顯減弱；當(dāng)出現(xiàn)山坡、巖柱時(shí)，震動(dòng)效應(yīng)增強(qiáng)，稱之為高程放大效應(yīng)。于亞倫4指出薩道夫斯基公式僅適用于地勢(shì)平坦的情況，對(duì)于高差較大的部位，還應(yīng)考慮爆破地震波傳播的高程效應(yīng)。黃樹棠、張雪亮5認(rèn)為，不論地形多么復(fù)雜，地形的變化可以用高程的變化(高程差)近似表示，并且發(fā)現(xiàn)，高程差值為25105m時(shí)，巖石中的水平方向的質(zhì)點(diǎn)速度增大1.233.04倍，垂直方向增大3.263.80倍；在表土中水平方向增大1.181.53倍，垂直方向增大1.321.79倍。

6、劉美山等6、周同齡等7、宋光明等8、徐海亮等9、Ghosh等10及前蘇聯(lián)學(xué)者分別提出放映高程的震動(dòng)速度傳播規(guī)律預(yù)測(cè)。震動(dòng)波的強(qiáng)度隨藥包埋置深度的不同而變化11，隨著深度增加，爆破震動(dòng)波在地下向周圍擴(kuò)散時(shí)，能量損耗也逐漸增大，由于表面波和反射波的影響，地表測(cè)點(diǎn)震動(dòng)大、衰減快，地下測(cè)點(diǎn)與地表測(cè)點(diǎn)相比，震動(dòng)小、衰減慢。實(shí)際測(cè)量與研究發(fā)現(xiàn)12，地下某一深度的爆破在地表產(chǎn)生的誘導(dǎo)震動(dòng)，以垂直爆破點(diǎn)上方的豎直速度最大，而水平速度較小；離該點(diǎn)越遠(yuǎn)豎直速度減?。凰秸鹚匐S水平距離的增大，先是增大到某一峰值后再逐步衰減。遠(yuǎn)近區(qū)傳播規(guī)律的不同，戈鶴川、楊年華建議將近距離震動(dòng)衰減規(guī)律和遠(yuǎn)距離衰減規(guī)律分開考慮，當(dāng)比例

7、距離R1=R/Q210，認(rèn)為近距離震動(dòng)；R1=R/Q210認(rèn)為是遠(yuǎn)距離。近距離震動(dòng)K值較大，可達(dá)500以上，值較大，可取2.03.0；遠(yuǎn)距離爆破震動(dòng)，衰減指數(shù)K=130500，=1.32.0。G.L.Yang13、張慶松14、傅洪賢15等研究了爆破震動(dòng)近區(qū)的傳播規(guī)律與遠(yuǎn)區(qū)的規(guī)律不同，對(duì)近區(qū)震動(dòng)危害控制提供有力指導(dǎo)。炸藥性能對(duì)爆破震動(dòng)波幅值也有顯著影響16，通過近地表同藥量的燃料空氣炸藥FAE和TNT爆炸震動(dòng)對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)炸藥性能對(duì)震動(dòng)波峰值有顯著影響，對(duì)震動(dòng)波頻則影響不大，距爆心等距離處FAE表現(xiàn)出峰值速度比TNT高的特性。眾多文獻(xiàn)研究表明，相同條件下同性能炸藥爆炸，藥量越大，震速越大；爆速越

8、高，相同條件下產(chǎn)生的震動(dòng)強(qiáng)度也越大。經(jīng)過大量的研究成果顯示，爆破震動(dòng)強(qiáng)度不僅與爆破設(shè)計(jì)參數(shù)如藥量、段間隔時(shí)間、爆源距等有關(guān)，還與爆破場(chǎng)地的地質(zhì)條件如地形地貌引起的高程差、巖性和巖體結(jié)構(gòu)等有關(guān)17,18，其影響因素眾多，起到的作用也不同。李洪濤19總結(jié)爆破介質(zhì)夾制作用、孔徑、爆源深度、裝藥結(jié)構(gòu)、巖體條件、場(chǎng)地條件、與爆源相對(duì)位置等因素影響著爆破震動(dòng)的傳播規(guī)律。K、值與爆區(qū)地形、地質(zhì)條件和爆破自身情況都相關(guān)，但K值更依賴于爆破條件的變化，值主要取決于地形、地質(zhì)條件的變化。爆破臨空條件好，夾制作用小時(shí)K值就小，反之K值大；地形平坦、巖體完整、堅(jiān)硬，值趨小；反之破碎、軟弱巖體、起伏地形，值趨大。K取值

9、范圍大部分在501000之內(nèi)，取值在1.33.0之間。根據(jù)20經(jīng)驗(yàn)總結(jié)K，值與之對(duì)應(yīng)的巖性特征如表1.1所示表1.1 不同巖石性質(zhì)對(duì)應(yīng)的K，值巖石性質(zhì)K堅(jiān)硬巖石501501.31.5中硬巖石1502501.51.8軟巖2503501.82.0楊志強(qiáng)21在其碩士論文中總結(jié)了各種因素對(duì)爆破震動(dòng)的影響，并指出其主要因素有：地形條件、爆心距、被保護(hù)體結(jié)構(gòu)、段藥量、微差時(shí)間、起爆順序、最小抵抗線、不耦合系數(shù)八大因素；同時(shí)指出炸藥種類、裝藥長徑比、超深、填塞材料、填塞長度、炮孔傾角等，這些因素較上述八種因素對(duì)爆破震動(dòng)影響要小。史秀志22通過灰色關(guān)聯(lián)分析得出影響峰值質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度因素的敏感性由強(qiáng)到弱依次為傳播

10、介質(zhì)f值、總藥量、最大段藥量、炸藥爆速、完整性系數(shù)、微差時(shí)間、前排抵抗線、測(cè)點(diǎn)與最小抵抗線方向夾角、高差、水平距離和預(yù)裂縫穿透率；張藝峰23得出爆破參數(shù)特別是鉆孔超深、排距、孔距對(duì)爆破地震效應(yīng)影響最大，是影響爆破地震效應(yīng)的主控因素，高程差、超深、最大一段藥量對(duì)爆破震速的影響最大；田建軍24得出，影響爆破震動(dòng)速度的各因素與震動(dòng)速度幅值的關(guān)聯(lián)度有單段最大藥量爆心距總裝藥量孔數(shù)目；沈蔚、徐全軍25分析高度、最大段藥量、距離、段數(shù)、總藥量，其中高度、距離和最大段藥量起著主要的作用；范磊、沈蔚26分析得出最大段藥量影響較總藥量大，高程影響是一個(gè)不容忽視的因素。并指出一般情況下，微差時(shí)間一般沒有變化，孔距

11、、排距、孔深、孔徑、填塞長度、炸藥種類、和裝藥結(jié)構(gòu)，這些參數(shù)一方面對(duì)爆破地震波參數(shù)的影響不大，另一方面這些參數(shù)受塊度要求等制約條件影響的變化不大。范孝鋒，周傳波27通過實(shí)例分析得出各種參數(shù)對(duì)不同礦山爆破震動(dòng)的影響程度不同，不同類型和力學(xué)性質(zhì)的巖體爆破中，存在著不同的影響爆破震動(dòng)的優(yōu)勢(shì)因素。1.2.2 爆破震動(dòng)的影響因素爆破震動(dòng)是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程，其影響因素很多，但由于受理論分析、實(shí)驗(yàn)條件以及其它客觀因素的影響，現(xiàn)階段不可能將爆破地震波的所有影響因素一一做定量分析，而只需抓住主要因素而加以控制，以期達(dá)到增強(qiáng)或減弱爆破地震波的目的。鄭峰等人根據(jù)可控制性將影響爆破震動(dòng)的因素分為兩類28：一是人為不

12、可控制因素，如地形地質(zhì)條件、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、傳播途徑等因素；二是人為可控制因素，即爆破參數(shù)。他們從微差爆破、藥包埋深和裝藥形式三方面闡述了爆破地震的影響因素，總結(jié)出通過控制爆破參數(shù)這一主要因素來控制爆破震動(dòng)的結(jié)論。承前所述，爆破地震是一個(gè)多因素的復(fù)雜系統(tǒng)，其中有很多尚未清楚的灰色信息。隨著交叉學(xué)科的發(fā)展，有人將灰色理論運(yùn)用到爆破地震效應(yīng)分析。指出最大段藥量對(duì)爆破地震波的振動(dòng)峰值和主頻有著主要影響，而總藥量對(duì)爆破震動(dòng)的影響作用相對(duì)較弱，影響爆破震動(dòng)持續(xù)時(shí)間的主要因素為段數(shù)，其次才是總藥量。爆破點(diǎn)到測(cè)點(diǎn)的高度差對(duì)爆破振動(dòng)峰值和主頻亦有很大的影響。水平和垂直方向的振速與藥量、炮孔深度、測(cè)點(diǎn)距離有密切關(guān)系，

13、其關(guān)聯(lián)順序?yàn)樗幜颗诳咨疃葴y(cè)點(diǎn)距離，說明藥量在爆破中影響最大。1.2.3 爆破震動(dòng)的安全判據(jù)為了保持圍巖頂板穩(wěn)定性和地下結(jié)構(gòu)的安全性，科學(xué)工作者對(duì)爆破震動(dòng)理論做了大量研究。發(fā)現(xiàn)爆破震動(dòng)破壞效應(yīng)實(shí)際上是結(jié)構(gòu)體動(dòng)態(tài)破壞問題，但人們對(duì)爆破震動(dòng)的破壞機(jī)理有不同的認(rèn)識(shí)，采用的結(jié)構(gòu)體抗震設(shè)計(jì)方法也不相同，相應(yīng)的抗震效果也就有所不同。眾多研究表明爆破震動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)體的損傷破壞與震動(dòng)幅值、震動(dòng)頻率、震動(dòng)持續(xù)時(shí)間以及結(jié)構(gòu)體自身特性緊密相關(guān)5,29,30,31,32。而震動(dòng)幅值是震動(dòng)強(qiáng)度的主觀體現(xiàn)，由此人們將震動(dòng)強(qiáng)度、震動(dòng)頻率、震動(dòng)持續(xù)時(shí)間稱為爆破震動(dòng)的三要素。國內(nèi)外對(duì)爆破地震效應(yīng)的研究廣泛采用以衡量爆破振動(dòng)強(qiáng)度的物理

14、量(質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度、加速度或位移)作為爆破振動(dòng)安全的控制參量。但是，在這些物理量中，以哪一種物理量作為衡量標(biāo)準(zhǔn)最合適，各國研究人員有著不同的觀點(diǎn)和選擇。國外曾先后采用過質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的最大位移、最大加速度、最大速度和能量比作為控制標(biāo)準(zhǔn)33。在對(duì)爆破地震效應(yīng)研究的過程中，大量的測(cè)試資料和工程實(shí)踐表明，地面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度與建(構(gòu))筑物破壞的相關(guān)性最好，因此，各國都逐漸采用質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度作為衡量爆破振動(dòng)強(qiáng)度的物理量5,34 陽生權(quán)等35通過理論分析和爆破安全判據(jù)的應(yīng)用分析,得出結(jié)論：應(yīng)把地震幅值、頻譜和持續(xù)時(shí)間三者同時(shí)納入爆破地震安全判據(jù)，建立多參數(shù)安全判據(jù)，以提高評(píng)估爆破地震安全的準(zhǔn)確度和合理性。并重視爆破地

15、震累積效應(yīng)。汪旭光36在分析了我國采用振速-頻率作為震動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)的必要性與可能性之后,提出了在制定我國新的統(tǒng)一的爆破安全規(guī)程時(shí),應(yīng)考慮振速與頻率綜合影響的建議,即將振動(dòng)速度和主振頻率兩個(gè)指標(biāo)作為爆破震動(dòng)安全判據(jù)。同時(shí)指出,在目前尚無一個(gè)理想的、被普遍接受的振動(dòng)頻率計(jì)算公式的條件下,根據(jù)我國已有的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)制定出不同地面建筑物和隧道的保護(hù)對(duì)象所在地的質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度和對(duì)應(yīng)的頻率,以經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)代替計(jì)算公式,是目前唯一可行的方法。1.2.5 爆破震動(dòng)的控制措施爆破震動(dòng)危害控制一直是國內(nèi)外爆破安全技術(shù)的重大研究課題，亦是一些學(xué)者致力于解決的難題。從以往對(duì)爆破震動(dòng)危害控制的研究看，爆破震動(dòng)危害控制的方法大致

16、有三種：是針對(duì)爆源采取的措施；是針對(duì)所控對(duì)象采取的措施；是針對(duì)爆破地震波傳播過程中采取的措施。目前在工程實(shí)際中應(yīng)用最多的或者說是各國學(xué)者重點(diǎn)研究的是針對(duì)于爆源采取的降震措施，其中干擾降震法、控制最大段藥量、改變爆炸參數(shù)是較為常用的手段。(1) 干擾降震法干擾降震法的原理主要是將大爆破藥量通過微差爆破，分段起爆已減弱單個(gè)震動(dòng)波對(duì)結(jié)構(gòu)物的破壞作用，如能合理的選擇微差時(shí)間使多個(gè)震動(dòng)波達(dá)到干涉降震，則能控制爆破震動(dòng)的產(chǎn)生的破壞效應(yīng)。(2) 控制最大段藥量爆破震動(dòng)的強(qiáng)度主要與找藥量、爆心距、傳播介質(zhì)有關(guān)，在這些影響因素中認(rèn)為控制最有效的是炸藥量。研究成果表明，爆破震動(dòng)強(qiáng)度主要取決于最大段藥量，通過多段微

17、差起爆方式，控制最大段藥量，從而控制爆破震動(dòng)峰值速度，從而既提高爆破生產(chǎn)規(guī)模，又能降低爆破產(chǎn)生的震動(dòng)效應(yīng)。(3) 改變爆炸參數(shù)大量的實(shí)踐表明，爆破震動(dòng)強(qiáng)度與采用的爆破參數(shù)有關(guān)系，如炮孔直徑、最小抵抗線、炸藥性能、孔間距、排間距、起爆順序和起爆方向等。如何通過改變爆破參數(shù)來達(dá)到降低震動(dòng)效應(yīng)在生產(chǎn)中受到一定的限制。工程實(shí)踐表明，微差爆破技術(shù)已經(jīng)成為降低震動(dòng)效應(yīng)，合理利用爆炸能的最主要的手段。確定微差延時(shí)時(shí)間是實(shí)現(xiàn)微差爆破的核心和焦點(diǎn)。然而，由于炸藥性能、裝藥結(jié)構(gòu)、介質(zhì)性質(zhì)、地質(zhì)條件等所因素的復(fù)雜性，特別是實(shí)現(xiàn)微差爆破時(shí)中起決定最用的起爆器材的精度問題，使得微差延時(shí)時(shí)間的確定式中成為困擾工程爆破界的

18、焦點(diǎn)難題。因此，需要根據(jù)一定的理論指導(dǎo)，從實(shí)際的爆破資料著手，如何精確確定合理的微差延時(shí)時(shí)間已成為是否能真正實(shí)現(xiàn)降震的關(guān)鍵。1.3 研究?jī)?nèi)容、方法及技術(shù)路線圖爆破震動(dòng)效應(yīng)一直以來是廣大學(xué)者和工程技術(shù)人員研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)，至今為止，仍然有許多問題需要研究。本文結(jié)合鐵蛋山礦實(shí)際生產(chǎn)情況，對(duì)礦區(qū)生產(chǎn)爆破進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)監(jiān)測(cè)所的信號(hào)進(jìn)行分析，研究爆破震動(dòng)速度的傳播規(guī)律及其影響因素，為礦山爆破設(shè)計(jì)提供參考指導(dǎo)，為安全生產(chǎn)提供保障，具體研究?jī)?nèi)容如下：（1）通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，掌握鐵蛋山礦區(qū)的地質(zhì)資料、支護(hù)措施、采礦方法、爆破參數(shù)及地壓分布規(guī)律等相關(guān)概況，為爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)方案的選擇確定，提供資料與依據(jù)；（2）選擇合理的

19、爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)位置，制定詳細(xì)的監(jiān)測(cè)方案，選擇合適的監(jiān)測(cè)設(shè)備布設(shè)在監(jiān)測(cè)位置，開展回采過程中巷道及沿脈巷道的圍巖震動(dòng)監(jiān)測(cè)測(cè)試；（3）通過對(duì)爆破震動(dòng)波相關(guān)參數(shù)的分析，研究最大振速、主振頻率等相關(guān)參數(shù)與爆破參數(shù)之間的關(guān)系及變化規(guī)律。（4）基于最小二乘法原理，得出爆破震動(dòng)峰值速度預(yù)測(cè)模型，從而得出K、值，在此基礎(chǔ)上，對(duì)礦山炸藥使用情況提出改進(jìn)建議，并提出合理的降振措施。3.3 鐵蛋山爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)方案的建立保國鐵礦下盤圍巖較破碎，在礦石回采過程中地壓顯現(xiàn)明顯，尤其處于下盤圍巖之中的沿脈運(yùn)輸?shù)溃敯逑鲁?、開裂，幫壁開裂現(xiàn)象嚴(yán)重。加上保國鐵礦單次爆破藥量較大，進(jìn)路回采爆破頻繁，不可避免的對(duì)下盤運(yùn)輸?shù)赖姆€(wěn)定性造成

20、干擾。雖然保國鐵礦對(duì)下盤運(yùn)輸?shù)啦捎昧隋^桿、金屬網(wǎng)、鋼拱架及噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)，但地壓?jiǎn)栴}仍然很突出。影響爆破振動(dòng)的因素有很多，最大單段藥量、裝藥結(jié)構(gòu)、段間時(shí)間間隔、爆心距、排數(shù)等。結(jié)合保國鐵礦工程布置，擬在收斂變形監(jiān)測(cè)區(qū)域A、B中采取以下爆破振動(dòng)測(cè)點(diǎn)布置方案分析進(jìn)路回采爆破對(duì)下盤沿脈運(yùn)輸?shù)赖挠绊?。圖3.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置剖面示意圖(4月27日)表3.1監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)監(jiān)測(cè)點(diǎn)X坐標(biāo)Y坐標(biāo)Z坐標(biāo)BP15820.272541.8120BP25801.022542.8820BP35786.092555.1320BP45801.332535.1835BP55788.992536.2435BP65777.73253

21、9.96353.3.1 +20m水平巷道的爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)方案+20水平主要在進(jìn)行采切作業(yè)，為了分析上部巖體爆破對(duì)分段沿脈運(yùn)輸巷道的影響，在該分段共布置3個(gè)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如圖3.3圖3.4所示。3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)按照垂直礦體走向方向，沿2210進(jìn)路方向布置，該布置方式主要用來監(jiān)測(cè)垂直礦體走向方向上質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)強(qiáng)度，用以分析礦體的回采過程在垂直走向方向上的爆破振動(dòng)波傳播衰減規(guī)律及主要影響因素。監(jiān)測(cè)區(qū)域圖3.3 +20水平（A區(qū)）爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（BP點(diǎn)）布置圖圖3.4 +20水平（A區(qū)）爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（BP點(diǎn)）布置放大圖3.3.2 +35m水平巷道的爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)方案+35m水平為主要回采生產(chǎn)水平，為了分析上部巖

22、體對(duì)分段沿脈運(yùn)輸巷道的影響，在該分段共布置3個(gè)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如圖3.5圖3.6所示。3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)按照垂直礦體走向方向，沿2113進(jìn)路方向布置，該布置方式主要用來監(jiān)測(cè)垂直礦體走向方向上質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)強(qiáng)度，用以分析礦體的回采過程在垂直走向方向上的爆破振動(dòng)波傳播衰減規(guī)律及主要影響因素。3.3.3 爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)本次監(jiān)測(cè)使用四川拓普測(cè)控科技有限公司生產(chǎn)的NUBOX-6016型智能振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，NUBOX-6016便攜式數(shù)據(jù)采集設(shè)備是針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)爆破、震動(dòng)、沖擊、噪聲等測(cè)試而專門優(yōu)化設(shè)計(jì)的，用于信號(hào)記錄和分析的小型儀器。該儀器能對(duì)傳感器（包括速度、加速度、壓力、應(yīng)變、溫度等）產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換、

23、存儲(chǔ)，并有觸發(fā)機(jī)制保證只對(duì)關(guān)心特征的信號(hào)進(jìn)行正確記錄；最多2048段分段采集，實(shí)現(xiàn)多段振動(dòng)信號(hào)的連續(xù)自動(dòng)記錄；配套提供BM View爆破振動(dòng)專用測(cè)試分析軟件；TDEC API動(dòng)態(tài)鏈接庫支持二次開發(fā)，并支持VC、VB、BCB、CVI、LabView等多種開發(fā)平臺(tái)。本設(shè)備配套的TP3V-4.5 三維速度型傳感器是一款實(shí)用的振動(dòng)速度測(cè)量傳感器，可以同時(shí)測(cè)量水平X向、水平Y(jié)向和垂直Z向三個(gè)方向的速度。廣泛應(yīng)用于機(jī)械振動(dòng)、接觸式位移、地震波、動(dòng)平衡等多種測(cè)試領(lǐng)域。該型傳感器具有安裝簡(jiǎn)便、堅(jiān)固可靠、體積小、測(cè)量精度高、抗干擾強(qiáng)等特點(diǎn)。其設(shè)備（圖3.5）、BM View爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（圖3.6）、性能參數(shù)

24、（表3.2）、傳感器技術(shù)指標(biāo)（表3.3）、設(shè)備原理圖（圖3.7）如下所示。監(jiān)測(cè)區(qū)域圖3.5 +35水平（B區(qū)）爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（BP點(diǎn)）布置圖圖3.6 +35水平（B區(qū)）爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（BP點(diǎn)）布置放大圖 （a）NUBOX6016數(shù)據(jù)采集設(shè)備 （b）TP3V-4.5 三維速度型傳感器圖3.7 NUBOX-6016型智能振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀圖3.8 BM View爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)圖3.9 BM Ana爆破振動(dòng)分析系統(tǒng)表3.2 NUBOX-6016性能參數(shù)名稱參數(shù)名稱參數(shù)最高采樣率200KSps供電方式充電電池、外部直流電源量程300mm/s觸發(fā)方式手動(dòng)觸發(fā)；出窗觸發(fā)；入窗觸發(fā)；外觸發(fā)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)深度8G字節(jié)/臺(tái)

25、數(shù)據(jù)記錄方式自動(dòng)記錄儲(chǔ)存段數(shù)最大2048段分辨率16Bit輸入信號(hào)帶寬0Hz-40KHz直流精度誤差小于0.5%信噪比62dB表3.3 傳感器主要技術(shù)指標(biāo)垂直向水平向阻尼系數(shù)0.6020%0.605%頻響5-500Hz自然頻率4.510% Hz測(cè)速范圍0.1-30cm/s靈敏度28.810%V/m/s線圈電阻3755%失真0.2%最大位移4mm 設(shè)置采集參數(shù)開機(jī)關(guān)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試參數(shù)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)回放運(yùn)行設(shè)備嵌入式軟件 安裝連接傳感器開機(jī)啟動(dòng)、等待觸發(fā)觸發(fā)采集結(jié)束現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)設(shè)置關(guān)機(jī)開機(jī)運(yùn)行BM View聯(lián)機(jī)讀取數(shù)據(jù)分析、存儲(chǔ)、報(bào)告 關(guān)機(jī)退出軟件進(jìn)行工程標(biāo)定查看波形及測(cè)振結(jié)果圖3.10 設(shè)備原理圖3.3.4

26、震動(dòng)監(jiān)測(cè)的內(nèi)容目前在工程上應(yīng)用最多的仍是爆破震動(dòng)速度測(cè)試。我國新的（爆破安全規(guī)程）中，評(píng)估爆破安全距離時(shí)，就是采用考慮頻率影響的質(zhì)點(diǎn)峰值震速。因此本次測(cè)試采用質(zhì)點(diǎn)峰值測(cè)試。爆破后用U盤導(dǎo)出數(shù)據(jù)，導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，運(yùn)用BM View回放功能，可讀出整個(gè)爆破過程中的振動(dòng)信號(hào)，并提供頻譜分析、矢量合成等處理功能。爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)的內(nèi)容主要包括：（1）對(duì)爆破震動(dòng)主振頻率的監(jiān)測(cè)。得出爆破震動(dòng)主振頻率的變化范圍，研究爆破過程頻率的變化規(guī)律，降低共振對(duì)沿脈運(yùn)輸巷道的破壞作用。（2）對(duì)爆破質(zhì)點(diǎn)最大振速的監(jiān)測(cè)。研究最大裝藥量與距離對(duì)沿脈運(yùn)輸巷道的振速影響的關(guān)系。3.3.5 傳感器的安裝爆破震動(dòng)傳感器的安裝一直是測(cè)試關(guān)鍵問

27、題，由于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)條件較復(fù)雜，巷道布置錯(cuò)綜復(fù)雜，在布置傳感器的時(shí)候需要嚴(yán)格應(yīng)盡量避免隔空區(qū)，傳感器應(yīng)布置在圍巖比較堅(jiān)固的地方。在綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)因素以及不妨礙礦山生產(chǎn)順利進(jìn)行的情況下，利用圍巖上原有的臺(tái)面，用石膏將傳感器固定在巖石上，圍巖無合適臺(tái)面的巷道，可下挖至基巖，然后澆筑水泥，形成有外露面的水泥臺(tái)，使用速凝石膏來固定傳感器。在布置測(cè)點(diǎn)前，對(duì)測(cè)試設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的計(jì)時(shí)調(diào)整，使得設(shè)備計(jì)時(shí)時(shí)間統(tǒng)一為實(shí)際北京時(shí)間。傳感器布置的要求：X放向?qū)⑵渲赶虮?；水平方向的傳感器的氣泡要保持水平狀態(tài)；固定基巖上。鐵蛋山礦區(qū)支護(hù)良好，巷道平整，幾乎沒有合適的臺(tái)面，所以采取開挖澆筑水泥臺(tái)的方式，形成連接基巖的面。 (a)

28、現(xiàn)場(chǎng)用速凝石膏安裝儀器 （b）安裝完畢等待觸發(fā)圖3.4現(xiàn)場(chǎng)安裝照片第5章 爆破震動(dòng)控制措施通過監(jiān)測(cè)所得波形的分析，得到了距離、最大段藥量對(duì)爆破震動(dòng)波振速大小及頻率分布的影響。本章中，我們將繼續(xù)通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，找到最小比例距離，并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式，來建立鐵蛋山礦的爆破震動(dòng)峰值預(yù)測(cè)模型，從而得出鐵蛋山礦安全爆破生產(chǎn)所允許的最大段藥量。最終，結(jié)合礦山實(shí)際生產(chǎn)情況，對(duì)鐵蛋山礦爆破生產(chǎn)過程中存在或潛在的危害提出有效的解決措施。5.1 爆破震動(dòng)信號(hào)的安全評(píng)價(jià)針對(duì)鐵蛋山礦巷道圍巖的不穩(wěn)定問題，為了探究爆破生產(chǎn)對(duì)沿脈運(yùn)輸巷道的影響，本文利用迄今監(jiān)測(cè)到的爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，從最大振速及主振頻率兩個(gè)方面對(duì)鐵蛋山礦的爆破生

29、產(chǎn)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)。5.1.1 最大振速方面大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和觀測(cè)表明，爆破震動(dòng)的破壞程度與質(zhì)點(diǎn)峰值速度的大小較好的相關(guān)性，以質(zhì)點(diǎn)峰值震速作為安全判據(jù)在世界各國得到廣泛采用，因此本文先從最大振速方面來對(duì)爆破生產(chǎn)的安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)表4.3現(xiàn)場(chǎng)的爆破監(jiān)測(cè)結(jié)果，可得出其最大振速的統(tǒng)計(jì)表，如表5.1。表5.1 爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)最大振速整理日期最大振速（cm/s）日期最大振速（cm/s）2014.4.307.5442014.5.224.6346.384.2644.8140.1672014.5.14.3532014.5.2313.5246.6960.2515.7170.292014.5.23.2540.3142

30、.5342014.5.248.3670.2216.4210.2170.1822014.5.33.9450.2273.8762014.5.258.3642.916.5931.014.5380.1870.2422014.5.123.8210.2673.5232014.5.265.4460.0444.2160.0812.8372014.5.139.2160.256.050.2870.3520.2870.4112014.5.283.052014.5.142.3133.052.193.050.3380.3050.080.3050.0512014.5.297.322014.5.217.4086.15.69

31、6.13.549從表4.3中可以看出五月份鐵蛋山礦爆破生產(chǎn)中震動(dòng)波傳遞至監(jiān)測(cè)點(diǎn)的最大振速范圍為0.44cm/s13.524cm/s，根據(jù)我國爆破震動(dòng)安全標(biāo)準(zhǔn)（GB6722-1986），如表5.2。表5.2 我國爆破震動(dòng)安全標(biāo)準(zhǔn)（GB6722-1986）建筑物分類爆破安全震動(dòng)速度/（mm/s）土洞窯，土坯房，毛石房10一般磚房，非抗震性大型砌塊建筑物2030鋼筋混凝土框架房屋50鋼筋混凝土水工隧道100鋼筋混凝土交通隧道150圍巖不穩(wěn)固但有良好支護(hù)的礦山巷道100圍巖中等穩(wěn)固但有良好支護(hù)的礦山巷道200圍巖堅(jiān)固無支護(hù)的礦山巷道300鐵蛋山礦沿脈運(yùn)輸巷道屬圍巖不穩(wěn)固但有良好支護(hù)的礦山巷道，爆破安全

32、振速為10cm/s，表明絕大多數(shù)爆破作業(yè)對(duì)沿脈運(yùn)輸巷道監(jiān)測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生的振速都是安全的，但也存在極少數(shù)超出標(biāo)準(zhǔn)的爆破點(diǎn)，需總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，采用適當(dāng)?shù)谋普饎?dòng)控制措施，進(jìn)一步增強(qiáng)爆破的安全性，對(duì)于遠(yuǎn)距離的單段爆破可適當(dāng)增加崩礦步距和最大段藥量，以提高生產(chǎn)效率。但因監(jiān)測(cè)時(shí)間有限，監(jiān)測(cè)點(diǎn)固定的限制，以及短期礦山開采計(jì)劃中開采區(qū)域的局限性，監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)完整性連續(xù)性有待提高。隨著生產(chǎn)及爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)的逐步有序進(jìn)行，監(jiān)測(cè)到的信號(hào)數(shù)據(jù)的完整性將進(jìn)一步增強(qiáng)，能夠得到更好地更準(zhǔn)確地分析。5.1.2 主振頻率方面國內(nèi)外的研究者法發(fā)現(xiàn)單一峰值評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)存在很大的局限性，有時(shí)候震速超過安全值，建筑物無損害，峰值在安全標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，建

33、筑物反而發(fā)生不同程度的破壞，隨著爆破理論及技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外的學(xué)者發(fā)現(xiàn)爆破震動(dòng)的頻率對(duì)設(shè)施物破壞也有影響，尤其是建筑物頻率接近爆破震動(dòng)的頻率是，容易發(fā)生共振現(xiàn)象，加劇構(gòu)建物的損害。因此一些關(guān)于震動(dòng)-頻率的安全判據(jù)開始結(jié)合。如瑞士，德國，美國等。其中著名的是德國的DIN4150爆破震動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)68,69，如表5.3所示。表5.3德國爆破震動(dòng)安全判據(jù)建筑物類型頻率范圍/Hz合速度/（mm/s）工業(yè)建筑及商業(yè)建筑10 1050 5010020 2040 4050民用建筑10 1050 501005 515 1520重點(diǎn)保護(hù)建筑10 1050 501003 38 812國內(nèi)汪旭光等也建議將振動(dòng)速度和主振頻

34、率兩個(gè)指標(biāo)作為爆破震動(dòng)安全的判據(jù)，在我國新實(shí)施的爆破安全規(guī)程（GB6722-2003）中70，也考慮了的頻率的影響，對(duì)原有的安全判據(jù)進(jìn)行修改，如表5.4所示表5.4我國新的爆破震動(dòng)安全標(biāo)準(zhǔn)序號(hào)保護(hù)對(duì)象類別安全允許震速/（cm/s）10Hz10Hz 50Hz50Hz100Hz1土窯洞，土坯房，0.51.00.71.20.11.5毛石房屋2一般磚房，非抗震2.02.52.32.82.73.0大型的砌塊建筑物3鋼筋混凝土3.04.03.54.54.25.0結(jié)構(gòu)房屋4一般古建筑與古跡0.10.30.20.40.30.55水工隧道7156交通隧道10207礦山隧道15308水電站及發(fā)電廠中心控制室設(shè)備0

35、.59新澆大體積混凝土 初凝3d； 337d；3.07.0 728d7.012根據(jù)在鐵蛋山礦五月份的爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，整理得出其爆破主振頻率的統(tǒng)計(jì)表，如表5.5。表5.5 爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)主振頻率整理日期主頻(Hz)日期主頻(Hz)2014.4.303.052014.5.221.533.0512.213.051.532014.5.13.662014.5.238.543.666.13.661.532014.5.28.546.16.12014.5.2413.433.051.533.056.12014.5.33.051.533.052014.5.257.326.11.533.056.13.056.120

36、14.5.123.051.533.052014.5.266.163.482.143.056.12014.5.137.936.17.321.533.056.13.052014.5.283.052014.5.1451.883.0551.883.0551.883.057.633.0513.732014.5.2912.5072014.5.217.324.3227.325.1948.54主振頻率基本位于 1.565之間, 說明爆破震動(dòng)波都是低頻振動(dòng)波，低頻振動(dòng)波的頻率接近巷道固有頻率，當(dāng)靠近或達(dá)到固有頻率時(shí)會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象，增加對(duì)巷道的損害，該次監(jiān)測(cè)部分主振頻率比較接近巷道的固有頻率，應(yīng)引起高度重視。5.

37、2 爆破震動(dòng)峰值速度預(yù)測(cè)模型5.2.1 模型的提出由于加速度、速度、位移都可以表征爆破震動(dòng)強(qiáng)度,因此,爆破震動(dòng)強(qiáng)度的預(yù)測(cè)相應(yīng)的有不同的預(yù)測(cè)模型,這些形式各異的預(yù)測(cè)模型可由式來統(tǒng)一表示。影響爆破震動(dòng)的因素極為復(fù)雜,要將所有因素都考慮進(jìn)去來建立預(yù)測(cè)模型的話是非常困難的。爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)資料表明,影響爆破震動(dòng)強(qiáng)度的主要因素是炸藥量、爆心距。因此,如果爆破震動(dòng)的強(qiáng)度是以震動(dòng)的最大幅值來衡量的話,則可以有下面的函數(shù)形式:A=KQnR-m （5-1）式中，A為爆破產(chǎn)生震動(dòng)的最大幅值；Q為藥量；R為爆心距；K、m、n為常數(shù)，這些常數(shù)與場(chǎng)地條件有關(guān)。目前開展研究最多的是峰值震速的預(yù)測(cè)。在峰值震速預(yù)測(cè)的模型中,應(yīng)用

38、最廣的是薩道夫斯基公式: （5-2）式中，V為質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度（cm/s）；Q為單段最大炸藥量（Kg）；R為觀測(cè)點(diǎn)到爆源的距離；K為與介質(zhì)性質(zhì)相關(guān)的系數(shù)；是振動(dòng)波隨距離衰減的系數(shù)。稱為比例距離。而V和R分別表示為 （5-3）其中 、和分別為質(zhì)點(diǎn)沿x、y和z三個(gè)方向的振動(dòng)速度分量；X、Y和Z分別為測(cè)點(diǎn)和爆源間距離分量。5.2.2 模型的建立本次研究，我們以質(zhì)點(diǎn)振速和比例距離為變量，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，得出K、值，進(jìn)而進(jìn)行安全分析。本次測(cè)試中我們采用了最小二乘法回歸原理。對(duì)公式V=K(Q1/3/R)運(yùn)用最小二乘法原理進(jìn)行轉(zhuǎn)化換算，得出了K、R2的計(jì)算公

39、式分別如下: (5.4) (5.5) (5.6)將表3.4中的數(shù)字帶入到上述公式中，其中xi=ln(Q1/3/R)，yi=lnV，計(jì)算得到：所以可得本次爆破振動(dòng)測(cè)試三維合成速度的衰減方程為： (5.7)整理表4.3數(shù)據(jù)，得出峰值震速隨比例距離變化關(guān)系擬合圖如圖5.1地震波的衰減規(guī)律對(duì)于預(yù)測(cè)爆破工程中質(zhì)點(diǎn)震速以及標(biāo)定爆破地震波作用下地下結(jié)構(gòu)的首超破壞臨界值都有非常重要的作用,亦可以用來指導(dǎo)爆破工程中安全藥量和安全距離的確定。圖5.1 峰值振速隨比例距離變化關(guān)系圖5.2.3 最大段藥量的控制盡管控制爆破振動(dòng)有多種方案，但是現(xiàn)階段研究成果中顯示，影響爆破震動(dòng)的主要因素是最大段藥量，隨著最大段藥量的增

40、加，沿脈巷道的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度增加。因此，如何在生產(chǎn)爆破過程中控制最大段藥量，就成為控制爆破震動(dòng)危害的關(guān)鍵。為了保護(hù)鐵蛋山礦既有的沿脈運(yùn)輸巷道，根據(jù)鐵蛋山礦地下結(jié)構(gòu)以及薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式，我們得到了距離與最大同段藥量之間的關(guān)系，運(yùn)用到鐵蛋山礦實(shí)際生產(chǎn)的爆破設(shè)計(jì)中，通過式（5.7）與表5.4我國新實(shí)施的爆破安全規(guī)程（GB6722-2003）對(duì)允許的最大同段藥量做出估算，以此為基礎(chǔ)制定爆破方案，從而有效的提高生產(chǎn)的安全性，保護(hù)沿脈運(yùn)輸巷道不受爆破震動(dòng)的損害。礦體與沿脈運(yùn)輸巷道位置圖如圖5.2、5.3。主開采水平+35水平礦體距下盤沿脈巷道最近距離4.23米，最遠(yuǎn)232.57米，+20水平礦體距下盤沿脈

41、巷道最近距離11.62米，最遠(yuǎn)231.29米，礦體呈不規(guī)則脈狀，沿脈運(yùn)輸巷道巖體破碎，支護(hù)良好。沿脈巷與礦體距離主要集中在35-150m之間，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，計(jì)算出相應(yīng)的最大段藥量，詳情如表5.6。距離35m時(shí)，允許的最大段藥量為574.83kg，略高于鐵蛋山礦現(xiàn)階段爆破生產(chǎn)實(shí)際單排最大段藥量。距離40m時(shí)，允許的最大段藥量為858.06kg，距離50m時(shí)，允許的最大段藥量為1675.89kg。均屬安全爆破。圖5.2 +20水平沿脈運(yùn)輸巷道與礦體位置圖表5.6 各距離對(duì)應(yīng)的安全的最大段藥量距離（m）最大段藥量（kg）距離（m）最大段藥量（kg）40.8635574.8351.6840858.061013.41451221.731545.25501675.8920107.26552230.6125209.49602895.9430361.99圖5.3 +35水平沿脈運(yùn)輸巷道與礦體位置圖從表5.6中可以看出，礦體與沿脈巷道距離太近的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的最大段藥量很小，但這些短距離的大都集中在礦體北部，可在分段開采最后階段單獨(dú)利用多級(jí)微差爆破，降低最大段藥量進(jìn)行開采。相距距離主要仍在35m以上，現(xiàn)階段