爆破震動第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、運輸、機械破碎等后續(xù)工藝的效率和總的經(jīng)濟效益，而且對礦山生產(chǎn)安全也有重要影響。爆破震動是炸藥爆炸后應力波在介質(zhì)中的傳播。就像爆炸使近區(qū)的介質(zhì)發(fā)生破壞一樣，當爆破引起目標物所處地帶的震動幅值大于一定的數(shù)值時，會引起目標物的損壞。生產(chǎn)爆破震動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)條件的復雜性、多變性，一直是都是研究的重點難點。頻繁

2、的爆破或大爆破會造成地下建筑物的破壞（破裂、塌陷、冒頂?shù)龋瑫r會導致礦山地壓的變化，從而誘發(fā)巖爆發(fā)生，會影響企業(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。通過對爆破震動的監(jiān)測，得出可供分析的數(shù)據(jù)，以便進行研究，來優(yōu)化爆破設計方案，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輸?shù)?，頂板下沉、開裂，幫壁開裂現(xiàn)象嚴重。加上保國鐵礦單次爆破藥量較大，進路回采爆破頻繁，不可避免的對下盤運輸?shù)赖姆€(wěn)定性造成干擾。雖然保國鐵礦對下盤運輸?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，但在爆破震動的擾動及自然形變作用下，地壓問題仍然很突出。 (a)頂板冒落 (b)兩幫片落圖1.1 +50水平的冒落、片幫現(xiàn)象因此對鐵蛋山礦進行爆破震動監(jiān)測，研究破碎巖體中爆破震動的傳播規(guī)律，爆破震動對圍巖、巷道穩(wěn)定性的影響，以及各種爆破參數(shù)和傳播介質(zhì)對爆破震動信號特征的影響，從而對鐵蛋山礦爆破震動產(chǎn)生的危害進行控制，對其爆破參數(shù)進行調(diào)整，為礦山安全高效生產(chǎn)提供有效指導。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?。震動區(qū)的能量僅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，震動區(qū)內(nèi)的應力波雖然已經(jīng)大大衰減，這些具有一定強度的小震幅震動仍足以使結(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事故頻繁，使得對爆破震動區(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，地震波強度應該隨產(chǎn)r2或r的增大而衰減。同時，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，地形的變化對爆破震動效應的影響是很明顯的；當出現(xiàn)河溝、山谷、巷道、采空區(qū)、斷層、裂隙時，震動效應明顯減弱；當出現(xiàn)山坡、巖柱時，震動效應增強，稱之為高程放大效應。于亞倫4指出薩道夫斯基公式僅適用于地勢平坦的情況，對于高差較大的部位，還應考慮爆破地震波傳播的高程效應。黃樹棠、張雪亮5認為，不論地形多么復雜，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，巖石中的水平方向的質(zhì)點速度增大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)學者分別提出放映高程的震動速度傳播規(guī)律預測。震動波的強度隨藥包埋置深度的不同而變化11，隨著深度增加，爆破震動波在地下向周圍擴散時，能量損耗也逐漸增大，由于表面波和反射波的影響，地表測點震動大、衰減快，地下測點與地表測點相比，震動小、衰減慢。實際測量與研究發(fā)現(xiàn)12，地下某一深度的爆破在地表產(chǎn)生的誘導震動，以垂直爆破點上方的豎直速度最大，而水平速度較?。浑x該點越遠豎直速度減??；水平震速隨水平距離的增大，先是增大到某一峰值后再逐步衰減。遠近區(qū)傳播規(guī)律的不同，戈鶴川、楊年華建議將近距離震動衰減規(guī)律和遠距離衰減規(guī)律分開考慮，當比例

7、距離R1=R/Q210，認為近距離震動；R1=R/Q210認為是遠距離。近距離震動K值較大，可達500以上，值較大，可取2.03.0；遠距離爆破震動，衰減指數(shù)K=130500，=1.32.0。G.L.Yang13、張慶松14、傅洪賢15等研究了爆破震動近區(qū)的傳播規(guī)律與遠區(qū)的規(guī)律不同，對近區(qū)震動危害控制提供有力指導。炸藥性能對爆破震動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爆炸震動對比試驗，發(fā)現(xiàn)炸藥性能對震動波峰值有顯著影響，對震動波頻則影響不大，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)生的震動強度也越大。經(jīng)過大量的研究成果顯示，爆破震動強度不僅與爆破設計參數(shù)如藥量、段間隔時間、爆源距等有關(guān)，還與爆破場地的地質(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、場地條件、與爆源相對位置等因素影響著爆破震動的傳播規(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K值就小，反之K值大；地形平坦、巖體完整、堅硬，值趨?。环粗扑?、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)驗總結(jié)K，值與之對應的巖性特征如表1.1所示表1.1 不同巖石性質(zhì)對應的K，值巖石性質(zhì)K堅硬巖石501501.31.5中硬巖石1502501.51.8軟巖2503501.82.0楊志強21在其碩士論文中總結(jié)了各種因素對爆破震動的影響，并指出其主要因素有：地形條件、爆心距、被保護體結(jié)構(gòu)、段藥量、微差時間、起爆順序、最小抵抗線、不耦合系數(shù)八大因素；同時指出炸藥種類、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爆破震動影響要小。史秀志22通過灰色關(guān)聯(lián)分析得出影響峰值質(zhì)點震動速度因素的敏感性由強到弱依次為傳播

10、介質(zhì)f值、總藥量、最大段藥量、炸藥爆速、完整性系數(shù)、微差時間、前排抵抗線、測點與最小抵抗線方向夾角、高差、水平距離和預裂縫穿透率；張藝峰23得出爆破參數(shù)特別是鉆孔超深、排距、孔距對爆破地震效應影響最大，是影響爆破地震效應的主控因素，高程差、超深、最大一段藥量對爆破震速的影響最大；田建軍24得出，影響爆破震動速度的各因素與震動速度幅值的關(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，高程影響是一個不容忽視的因素。并指出一般情況下，微差時間一般沒有變化，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通過實例分析得出各種參數(shù)對不同礦山爆破震動的影響程度不同，不同類型和力學性質(zhì)的巖體爆破中，存在著不同的影響爆破震動的優(yōu)勢因素。1.2.2 爆破震動的影響因素爆破震動是一個相當復雜的過程，其影響因素很多，但由于受理論分析、實驗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，以期達到增強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的結(jié)論。承前所述，爆破地震是一個多因素的復雜系統(tǒng)，其中有很多尚未清楚的灰色信息。隨著交叉學科的發(fā)展，有人將灰色理論運用到爆破地震效應分析。指出最大段藥量對爆破地震波的振動峰值和主頻有著主要影響，而總藥量對爆破震動的影響作用相對較弱，影響爆破震動持續(xù)時間的主要因素為段數(shù)，其次才是總藥量。爆破點到測點的高度差對爆破振動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、測點距離有密切關(guān)系，

13、其關(guān)聯(lián)順序為藥量炮孔深度測點距離，說明藥量在爆破中影響最大。1.2.3 爆破震動的安全判據(jù)為了保持圍巖頂板穩(wěn)定性和地下結(jié)構(gòu)的安全性，科學工作者對爆破震動理論做了大量研究。發(fā)現(xiàn)爆破震動破壞效應實際上是結(jié)構(gòu)體動態(tài)破壞問題，但人們對爆破震動的破壞機理有不同的認識，采用的結(jié)構(gòu)體抗震設計方法也不相同，相應的抗震效果也就有所不同。眾多研究表明爆破震動對結(jié)構(gòu)體的損傷破壞與震動幅值、震動頻率、震動持續(xù)時間以及結(jié)構(gòu)體自身特性緊密相關(guān)5,29,30,31,32。而震動幅值是震動強度的主觀體現(xiàn)，由此人們將震動強度、震動頻率、震動持續(xù)時間稱為爆破震動的三要素。國內(nèi)外對爆破地震效應的研究廣泛采用以衡量爆破振動強度的物理

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

15、震累積效應。汪旭光36在分析了我國采用振速-頻率作為震動強度指標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,應考慮振速與頻率綜合影響的建議,即將振動速度和主振頻率兩個指標作為爆破震動安全判據(jù)。同時指出,在目前尚無一個理想的、被普遍接受的振動頻率計算公式的條件下,根據(jù)我國已有的實測數(shù)據(jù)制定出不同地面建筑物和隧道的保護對象所在地的質(zhì)點峰值振動速度和對應的頻率,以經(jīng)驗數(shù)據(jù)代替計算公式,是目前唯一可行的方法。1.2.5 爆破震動的控制措施爆破震動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，亦是一些學者致力于解決的難題。從以往對爆破震動危害控制的研究看，爆破震動危害控制的方法大致

16、有三種：是針對爆源采取的措施；是針對所控對象采取的措施；是針對爆破地震波傳播過程中采取的措施。目前在工程實際中應用最多的或者說是各國學者重點研究的是針對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震動波對結(jié)構(gòu)物的破壞作用，如能合理的選擇微差時間使多個震動波達到干涉降震，則能控制爆破震動的產(chǎn)生的破壞效應。(2) 控制最大段藥量爆破震動的強度主要與找藥量、爆心距、傳播介質(zhì)有關(guān)，在這些影響因素中認為控制最有效的是炸藥量。研究成果表明，爆破震動強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)生的震動效應。(3) 改變爆炸參數(shù)大量的實踐表明，爆破震動強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)來達到降低震動效應在生產(chǎn)中受到一定的限制。工程實踐表明，微差爆破技術(shù)已經(jīng)成為降低震動效應，合理利用爆炸能的最主要的手段。確定微差延時時間是實現(xiàn)微差爆破的核心和焦點。然而，由于炸藥性能、裝藥結(jié)構(gòu)、介質(zhì)性質(zhì)、地質(zhì)條件等所因素的復雜性，特別是實現(xiàn)微差爆破時中起決定最用的起爆器材的精度問題，使得微差延時時間的確定式中成為困擾工程爆破界的

18、焦點難題。因此，需要根據(jù)一定的理論指導，從實際的爆破資料著手，如何精確確定合理的微差延時時間已成為是否能真正實現(xiàn)降震的關(guān)鍵。1.3 研究內(nèi)容、方法及技術(shù)路線圖爆破震動效應一直以來是廣大學者和工程技術(shù)人員研究的重點和難點，至今為止，仍然有許多問題需要研究。本文結(jié)合鐵蛋山礦實際生產(chǎn)情況，對礦區(qū)生產(chǎn)爆破進行監(jiān)測，對監(jiān)測所的信號進行分析，研究爆破震動速度的傳播規(guī)律及其影響因素，為礦山爆破設計提供參考指導，為安全生產(chǎn)提供保障，具體研究內(nèi)容如下：（1）通過現(xiàn)場調(diào)研，掌握鐵蛋山礦區(qū)的地質(zhì)資料、支護措施、采礦方法、爆破參數(shù)及地壓分布規(guī)律等相關(guān)概況，為爆破震動監(jiān)測方案的選擇確定，提供資料與依據(jù)；（2）選擇合理的

19、爆破震動監(jiān)測位置，制定詳細的監(jiān)測方案，選擇合適的監(jiān)測設備布設在監(jiān)測位置，開展回采過程中巷道及沿脈巷道的圍巖震動監(jiān)測測試；（3）通過對爆破震動波相關(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，得出爆破震動峰值速度預測模型，從而得出K、值，在此基礎(chǔ)上，對礦山炸藥使用情況提出改進建議，并提出合理的降振措施。3.3 鐵蛋山爆破震動監(jiān)測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輸?shù)?，頂板下沉、開裂，幫壁開裂現(xiàn)象嚴重。加上保國鐵礦單次爆破藥量較大，進路回采爆破頻繁，不可避免的對下盤運輸?shù)赖姆€(wěn)定性造成

20、干擾。雖然保國鐵礦對下盤運輸?shù)啦捎昧隋^桿、金屬網(wǎng)、鋼拱架及噴射混凝土聯(lián)合支護，但地壓問題仍然很突出。影響爆破振動的因素有很多，最大單段藥量、裝藥結(jié)構(gòu)、段間時間間隔、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)測區(qū)域A、B中采取以下爆破振動測點布置方案分析進路回采爆破對下盤沿脈運輸?shù)赖挠绊?。圖3.2 監(jiān)測點布置剖面示意圖(4月27日)表3.1監(jiān)測點坐標監(jiān)測點X坐標Y坐標Z坐標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監(jiān)測方案+20水平主要在進行采切作業(yè)，為了分析上部巖體爆破對分段沿脈運輸巷道的影響，在該分段共布置3個爆破振動監(jiān)測點，如圖3.3圖3.4所示。3個監(jiān)測點按照垂直礦體走向方向，沿2210進路方向布置，該布置方式主要用來監(jiān)測垂直礦體走向方向上質(zhì)點振動強度，用以分析礦體的回采過程在垂直走向方向上的爆破振動波傳播衰減規(guī)律及主要影響因素。監(jiān)測區(qū)域圖3.3 +20水平（A區(qū)）爆破震動監(jiān)測點（BP點）布置圖圖3.4 +20水平（A區(qū)）爆破振動監(jiān)測點（BP點）布置放大圖3.3.2 +35m水平巷道的爆破震動監(jiān)測方案+35m水平為主要回采生產(chǎn)水平，為了分析上部巖

22、體對分段沿脈運輸巷道的影響，在該分段共布置3個爆破振動監(jiān)測點，如圖3.5圖3.6所示。3個監(jiān)測點按照垂直礦體走向方向，沿2113進路方向布置，該布置方式主要用來監(jiān)測垂直礦體走向方向上質(zhì)點振動強度，用以分析礦體的回采過程在垂直走向方向上的爆破振動波傳播衰減規(guī)律及主要影響因素。3.3.3 爆破震動監(jiān)測系統(tǒng)本次監(jiān)測使用四川拓普測控科技有限公司生產(chǎn)的NUBOX-6016型智能振動監(jiān)測儀，NUBOX-6016便攜式數(shù)據(jù)采集設備是針對現(xiàn)場爆破、震動、沖擊、噪聲等測試而專門優(yōu)化設計的，用于信號記錄和分析的小型儀器。該儀器能對傳感器（包括速度、加速度、壓力、應變、溫度等）產(chǎn)生的動態(tài)、靜態(tài)模擬信號進行數(shù)字轉(zhuǎn)換、

23、存儲，并有觸發(fā)機制保證只對關(guān)心特征的信號進行正確記錄；最多2048段分段采集，實現(xiàn)多段振動信號的連續(xù)自動記錄；配套提供BM View爆破振動專用測試分析軟件；TDEC API動態(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。本設備配套的TP3V-4.5 三維速度型傳感器是一款實用的振動速度測量傳感器，可以同時測量水平X向、水平Y(jié)向和垂直Z向三個方向的速度。廣泛應用于機械振動、接觸式位移、地震波、動平衡等多種測試領(lǐng)域。該型傳感器具有安裝簡便、堅固可靠、體積小、測量精度高、抗干擾強等特點。其設備（圖3.5）、BM View爆破振動監(jiān)測系統(tǒng)（圖3.6）、性能參數(shù)

24、（表3.2）、傳感器技術(shù)指標（表3.3）、設備原理圖（圖3.7）如下所示。監(jiān)測區(qū)域圖3.5 +35水平（B區(qū)）爆破震動監(jiān)測點（BP點）布置圖圖3.6 +35水平（B區(qū)）爆破振動監(jiān)測點（BP點）布置放大圖 （a）NUBOX6016數(shù)據(jù)采集設備 （b）TP3V-4.5 三維速度型傳感器圖3.7 NUBOX-6016型智能振動監(jiān)測儀圖3.8 BM View爆破振動監(jiān)測系統(tǒng)圖3.9 BM Ana爆破振動分析系統(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)方式手動觸發(fā)；出窗觸發(fā)；入窗觸發(fā)；外觸發(fā)數(shù)據(jù)存儲深度8G字節(jié)/臺

25、數(shù)據(jù)記錄方式自動記錄儲存段數(shù)最大2048段分辨率16Bit輸入信號帶寬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 設置采集參數(shù)開機關(guān)機現(xiàn)場測試參數(shù)準備數(shù)據(jù)回放運行設備嵌入式軟件 安裝連接傳感器開機啟動、等待觸發(fā)觸發(fā)采集結(jié)束現(xiàn)場參數(shù)設置關(guān)機開機運行BM View聯(lián)機讀取數(shù)據(jù)分析、存儲、報告 關(guān)機退出軟件進行工程標定查看波形及測振結(jié)果圖3.10 設備原理圖3.3.4

26、震動監(jiān)測的內(nèi)容目前在工程上應用最多的仍是爆破震動速度測試。我國新的（爆破安全規(guī)程）中，評估爆破安全距離時，就是采用考慮頻率影響的質(zhì)點峰值震速。因此本次測試采用質(zhì)點峰值測試。爆破后用U盤導出數(shù)據(jù)，導入計算機，運用BM View回放功能，可讀出整個爆破過程中的振動信號，并提供頻譜分析、矢量合成等處理功能。爆破震動監(jiān)測的內(nèi)容主要包括：（1）對爆破震動主振頻率的監(jiān)測。得出爆破震動主振頻率的變化范圍，研究爆破過程頻率的變化規(guī)律，降低共振對沿脈運輸巷道的破壞作用。（2）對爆破質(zhì)點最大振速的監(jiān)測。研究最大裝藥量與距離對沿脈運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傳感器的安裝一直是測試關(guān)鍵問

27、題，由于生產(chǎn)現(xiàn)場條件較復雜，巷道布置錯綜復雜，在布置傳感器的時候需要嚴格應盡量避免隔空區(qū)，傳感器應布置在圍巖比較堅固的地方。在綜合考慮現(xiàn)場因素以及不妨礙礦山生產(chǎn)順利進行的情況下，利用圍巖上原有的臺面，用石膏將傳感器固定在巖石上，圍巖無合適臺面的巷道，可下挖至基巖，然后澆筑水泥，形成有外露面的水泥臺，使用速凝石膏來固定傳感器。在布置測點前，對測試設備進行統(tǒng)一的計時調(diào)整，使得設備計時時間統(tǒng)一為實際北京時間。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)支護良好，巷道平整，幾乎沒有合適的臺面，所以采取開挖澆筑水泥臺的方式，形成連接基巖的面。 (a)

28、現(xiàn)場用速凝石膏安裝儀器 （b）安裝完畢等待觸發(fā)圖3.4現(xiàn)場安裝照片第5章 爆破震動控制措施通過監(jiān)測所得波形的分析，得到了距離、最大段藥量對爆破震動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)測數(shù)據(jù)，找到最小比例距離，并結(jié)合經(jīng)驗公式，來建立鐵蛋山礦的爆破震動峰值預測模型，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)合礦山實際生產(chǎn)情況，對鐵蛋山礦爆破生產(chǎn)過程中存在或潛在的危害提出有效的解決措施。5.1 爆破震動信號的安全評價針對鐵蛋山礦巷道圍巖的不穩(wěn)定問題，為了探究爆破生產(chǎn)對沿脈運輸巷道的影響，本文利用迄今監(jiān)測到的爆破震動監(jiān)測數(shù)據(jù)，從最大振速及主振頻率兩個方面對鐵蛋山礦的爆破生

29、產(chǎn)進行安全評價。5.1.1 最大振速方面大量的現(xiàn)場試驗和觀測表明，爆破震動的破壞程度與質(zhì)點峰值速度的大小較好的相關(guān)性，以質(zhì)點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爆破生產(chǎn)的安全性進行評價。根據(jù)表4.3現(xiàn)場的爆破監(jiān)測結(jié)果，可得出其最大振速的統(tǒng)計表，如表5.1。表5.1 爆破震動監(jiān)測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)中震動波傳遞至監(jiān)測點的最大振速范圍為0.44cm/s13.524cm/s，根據(jù)我國爆破震動安全標準（GB6722-1986），如表5.2。表5.2 我國爆破震動安全標準（GB6722-1986）建筑物分類爆破安全震動速度/（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)固但有良好支護的礦山巷道100圍巖中等穩(wěn)固但有良好支護的礦山巷道200圍巖堅固無支護的礦山巷道300鐵蛋山礦沿脈運輸巷道屬圍巖不穩(wěn)固但有良好支護的礦山巷道，爆破安全

32、振速為10cm/s，表明絕大多數(shù)爆破作業(yè)對沿脈運輸巷道監(jiān)測點產(chǎn)生的振速都是安全的，但也存在極少數(shù)超出標準的爆破點，需總結(jié)經(jīng)驗，采用適當?shù)谋普饎涌刂拼胧M一步增強爆破的安全性，對于遠距離的單段爆破可適當增加崩礦步距和最大段藥量，以提高生產(chǎn)效率。但因監(jiān)測時間有限，監(jiān)測點固定的限制，以及短期礦山開采計劃中開采區(qū)域的局限性，監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)完整性連續(xù)性有待提高。隨著生產(chǎn)及爆破震動監(jiān)測的逐步有序進行，監(jiān)測到的信號數(shù)據(jù)的完整性將進一步增強，能夠得到更好地更準確地分析。5.1.2 主振頻率方面國內(nèi)外的研究者法發(fā)現(xiàn)單一峰值評判標準存在很大的局限性，有時候震速超過安全值，建筑物無損害，峰值在安全標準范圍內(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)外的學者發(fā)現(xiàn)爆破震動的頻率對設施物破壞也有影響，尤其是建筑物頻率接近爆破震動的頻率是，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-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爆破震動標準68,69，如表5.3所示。表5.3德國爆破震動安全判據(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重點保護建筑10 1050 501003 38 812國內(nèi)汪旭光等也建議將振動速度和主振頻

34、率兩個指標作為爆破震動安全的判據(jù)，在我國新實施的爆破安全規(guī)程（GB6722-2003）中70，也考慮了的頻率的影響，對原有的安全判據(jù)進行修改，如表5.4所示表5.4我國新的爆破震動安全標準序號保護對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監(jiān)測數(shù)據(jù)，整理得出其爆破主振頻率的統(tǒng)計表，如表5.5。表5.5 爆破震動監(jiān)測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, 說明爆破震動波都是低頻振動波，低頻振動波的頻率接近巷道固有頻率，當靠近或達到固有頻率時會發(fā)生共振現(xiàn)象，增加對巷道的損害，該次監(jiān)測部分主振頻率比較接近巷道的固有頻率，應引起高度重視。5.

37、2 爆破震動峰值速度預測模型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強度,因此,爆破震動強度的預測相應的有不同的預測模型,這些形式各異的預測模型可由式來統(tǒng)一表示。影響爆破震動的因素極為復雜,要將所有因素都考慮進去來建立預測模型的話是非常困難的。爆破震動監(jiān)測資料表明,影響爆破震動強度的主要因素是炸藥量、爆心距。因此,如果爆破震動的強度是以震動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)與場地條件有關(guān)。目前開展研究最多的是峰值震速的預測。在峰值震速預測的模型中,應用

38、最廣的是薩道夫斯基公式: （5-2）式中，V為質(zhì)點振動速度（cm/s）；Q為單段最大炸藥量（Kg）；R為觀測點到爆源的距離；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)點沿x、y和z三個方向的振動速度分量；X、Y和Z分別為測點和爆源間距離分量。5.2.2 模型的建立本次研究，我們以質(zhì)點振速和比例距離為變量，根據(jù)薩道夫斯基經(jīng)驗公式，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，進而進行安全分析。本次測試中我們采用了最小二乘法回歸原理。對公式V=K(Q1/3/R)運用最小二乘法原理進行轉(zhuǎn)化換算，得出了K、R2的計算公

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，計算得到：所以可得本次爆破振動測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)律對于預測爆破工程中質(zhì)點震速以及標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有多種方案，但是現(xiàn)階段研究成果中顯示，影響爆破震動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)點振動速度增加。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危害的關(guān)鍵。為了保護鐵蛋山礦既有的沿脈運輸巷道，根據(jù)鐵蛋山礦地下結(jié)構(gòu)以及薩道夫斯基經(jīng)驗公式，我們得到了距離與最大同段藥量之間的關(guān)系，運用到鐵蛋山礦實際生產(chǎn)的爆破設計中，通過式（5.7）與表5.4我國新實施的爆破安全規(guī)程（GB6722-2003）對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，保護沿脈運輸巷道不受爆破震動的損害。礦體與沿脈運輸巷道位置圖如圖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231.29米，礦體呈不規(guī)則脈狀，沿脈運輸巷道巖體破碎，支護良好。沿脈巷與礦體距離主要集中在35-150m之間，根據(jù)經(jīng)驗公式計算，計算出相應的最大段藥量，詳情如表5.6。距離35m時，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)實際單排最大段藥量。距離40m時，允許的最大段藥量為858.06kg，距離50m時，允許的最大段藥量為1675.89kg。均屬安全爆破。圖5.2 +20水平沿脈運輸巷道與礦體位置圖表5.6 各距離對應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對應的最大段藥量很小，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利用多級微差爆破，降低最大段藥量進行開采。相距距離主要仍在35m以上，現(xiàn)階段