露天煤礦爆破振動的能量分析

露天煤礦爆破振動的能量分析

1爆破振動對周邊村民的影響小龍?zhí)恫傻V辦公室是云南省最大的采礦機礦，設(shè)計生產(chǎn)能力為670萬噸。它控制著小龍?zhí)堵短斓V和布沼氣露天礦。隨著小龍?zhí)堵短烀旱V開采深度的不斷增加和開采境界的不斷擴大，生產(chǎn)爆破區(qū)域離周邊村落的距離越來越近，爆破振動對這些村落的建（構(gòu)）筑和生活設(shè)施都產(chǎn)生了影響。盡管小龍?zhí)犊訛楸茰p震已采取了措施，把以前2～3孔為一段的微差爆破，改為每孔一段，共分5段起爆，但是爆破引起的振動，周圍村民還是認為振動大，對他們建構(gòu)筑物和生活設(shè)施產(chǎn)生不良影響。小龍?zhí)兜V務(wù)局每年賠付給周邊村民的爆破振動補償費用不斷增多。由此，如何盡量降低爆破振動，減少爆破振動對村民的影響，同時又保證生產(chǎn)正常進行成為了首要解決的問題。2波場特征結(jié)果的描述爆破振動是炸藥在巖石等介質(zhì)中爆炸時，其中部分能量以彈性波的形式在地殼中從爆源向四周傳播而引起的爆區(qū)附近的地層產(chǎn)生振動的現(xiàn)象。它和地震波一樣都是急劇的能量釋放，并以波的形式向外傳播。振動波由壓縮波（P波）、剪切波（S波）和表面波（R波）組成。壓縮波是由爆源向外傳播的疏密波，質(zhì)點的振方向和波的傳播方向一致，一般表現(xiàn)為周期短、振幅??；而剪切波一般表現(xiàn)為周期長，振幅大。這兩種波遇到地表、巖層層理．和節(jié)理時均會產(chǎn)生反射和折射。表面波是沿介質(zhì)表面或分界面?zhèn)鞑サ牟?，它又分為勒夫波（L波）和瑞利波（R波）。勒夫波是質(zhì)點僅在水平橫向做剪切型振動，它只在半無限空間上至少覆有表面層時才會出現(xiàn)；瑞利波存在于徑向和垂向構(gòu)成的表面內(nèi)，即完全沒有橫向分布，瑞利波的質(zhì)點作橢圓的和逆進的運動。不同波傳播速度不一樣，壓縮波傳播速度最快，剪切波速度次之，表面波最慢。從典型爆破振動記錄曲線圖中分析，在近距離，這3種波基本同時到達，很難分辨出是哪種波形；在遠距離，傳播較慢的剪切波、表面波開始與壓縮波分離。雖然壓縮波的速度比表面波稍快，但傳播時在相當長的一段時間內(nèi)沒有分離開，剪切波是整個波的波頭，且衰減的較快，實際上從振動波的特點來看，主要成分是表面波。3爆破地震效應(yīng)(1）起爆方式與起爆方向。不同的起爆方式所產(chǎn)生的地震效應(yīng)截然不同，如齊爆與微差爆破、排間微差與孔間微差等，它們的地震效應(yīng)將依次減弱；而起爆方向不同地震效應(yīng)也不同，起爆方向的背側(cè)地震效應(yīng)最強，側(cè)向次之，正向最小。(2）微差間隔時間。合理的微差間隔時間，有助于爆破地震強度的降低，同時還能改善爆破效果；合理的時間間隔，既能充分利用各孔間爆破瞬間形成的爆破空間，又使得各炮孔間地震波主峰值相互獨立，地震波間相互干涉、抵消，不發(fā)生疊加現(xiàn)象。(3）清碴與壓碴爆破。實踐表明，清碴爆破的地震效應(yīng)明顯小于壓碴爆破的地震效應(yīng)，壓碴爆破地震效應(yīng)尤其在爆堆的正后方表現(xiàn)尤為強烈。(4）地質(zhì)與地形條件。地震傳播方向的地質(zhì)、地形條件對地震波具有很大的影響，如地震波傳播遇到破碎帶、預(yù)裂縫、裂隙帶及溝塹地形，則地震效應(yīng)明顯降低；在同樣條件下，若爆源低于地表，高于爆源的地表對地震則具有明顯的放大作用，爆源越低爆破地震效應(yīng)越明顯。(5）鉆孔直徑、裝藥結(jié)構(gòu)、鉆孔超深和炸藥品種。鉆孔直徑越大，單孔裝藥量也越大，地震效應(yīng)越明顯；裝藥結(jié)構(gòu)，即分段裝藥，以實現(xiàn)孔內(nèi)分段微差，減小單段起爆藥量，減小地震效應(yīng)；超深越大地震效應(yīng)越明顯；炸藥爆速越高其地震效應(yīng)越明顯。4微差時間間隔的確定針對小龍?zhí)犊雍筒颊訅慰拥木唧w條件，研究的主要內(nèi)容是：合理確定炮孔孔間孔內(nèi)微差起爆間隔時間，控制每段起爆藥量和一次爆破藥量，降低爆破振動。整個試驗工作共分為兩個階段，第一階段是2002年10月-11月，主要是對小龍?zhí)犊雍筒颊訅慰拥膶嶋H爆破技術(shù)情況，以及礦坑周圍小李莊、車站等居民區(qū)受爆破振動影響情況進行了調(diào)查與監(jiān)測；第二階段是2003年1月-6月，根據(jù)課題組設(shè)計的試驗方案進行現(xiàn)場試驗和爆破降振測試。通過課題組反復(fù)比較，試驗和測試，認為在眾多的降振方法中，以孔間孔內(nèi)微差爆破降振效果較為明顯。故對孔內(nèi)裝藥結(jié)構(gòu)進行了改進，見圖1。(1）孔間微差延期時間的確定。根據(jù)炸藥爆炸對礦巖的作用原理，巖石破碎有兩個過程：巖石受沖擊壓縮前移和卸載回彈。按長沙礦冶研究院根據(jù)這兩個過程在大冶鐵礦試驗研究的結(jié)果建立的半經(jīng)驗公式，孔間微差間隔時間為：式中：t—孔間微差間隔時間，ms;Q—炮孔平均裝藥量，kg;γe、γr—炸藥和巖石的質(zhì)量，g/cm3;D、Cr—孔內(nèi)炸藥爆速和巖石縱波波速，m/s;S—巖石移動距離，取10mm;V—巖塊平均移動速度，取2～5mm/ms根據(jù)小龍?zhí)兜V采場爆破中每孔裝藥量和使用的炸藥，按照上式計算的孔間延期時間乳化炸藥為15～65ms，根據(jù)現(xiàn)場試驗對比課題組采用50ms。(2）孔內(nèi)微差時間間隔的確定。微差爆破實現(xiàn)降振的原理之一是當每段爆破獨立進行時，各段地震效應(yīng)相互間沒有顯著的干擾和疊加，地震效應(yīng)主要取決于最大一段藥量。合理間隔時間將取決于以下因素：(1)形成新的自由面時間，此時間也是降振最好的間隔時間，也是炮孔前方巖石前移和回彈時間加上巖塊脫離巖石的時間。(2)不同段位間主震相相互錯開，不相互疊加的時間。孔內(nèi)微差時間間隔可由公式（2）、（3）計算：式中：tc一巖石明顯移動的時間，由兩部分組成即前移歷時+回彈歷時，s;Va巖塊飛揚平均速度，Va=V/2;v—巖石移動速度，mm/s;s—巖石離開原巖的距離，mm。式中：k1=1～2,ms/kg，當巖石波阻抗小時，k1取大值：k2—與炸藥、巖石的匹配情況有關(guān)的卸載回彈歷時系數(shù)，k2=1.02～1.78,ms/kg;a—炸藥波阻抗與巖石波阻抗之比,rr、rr、De、Cr—分別為炸藥與巖石的質(zhì)量與縱波速度kg/m3,m/s;Va、s—與公式（2）意義相同；Q—單孔藥量，kg。根據(jù)以上公式計算及現(xiàn)場試驗，課題組采用孔內(nèi)微差間隔時間為25ms。5破降震效果明顯通過采用孔外延時與孔內(nèi)延時起爆技術(shù)，確定合理的微差間隔時間，減小一次起爆藥量，對爆破降震效果明顯。課題組采用多臺成都中科動態(tài)儀器公司生產(chǎn)的IDTS2850爆破振動記錄儀和速度傳感器，在裝藥量在1200kg，單段最大藥量72kg的情況下，產(chǎn)生的爆破震動為0.32～0.57cm/s，比原來的爆破振動