呂　鑫，張袁娟，黃金香，趙　強，可　杰

（1.北方爆破科技有限公司，北京100089；2.河南工程學院安全工程學院，河南鄭州451191；3.北京理工大學機電學院，北京100081；4.鄭州宇通集團有限公司，河南鄭州450016）

微差爆破降振作用振動監(jiān)測分析

呂鑫*1，張袁娟2，黃金香3，趙強1，可杰4

（1.北方爆破科技有限公司，北京100089；2.河南工程學院安全工程學院，河南鄭州451191；3.北京理工大學機電學院，北京100081；4.鄭州宇通集團有限公司，河南鄭州450016）

爆破振動對建構(gòu)筑物的穩(wěn)定性有很大的影響。運用爆破振動監(jiān)測方法，對橫穿某露天礦的飲水隧洞的安全性進行分析，分析了生產(chǎn)微差爆破相對于齊發(fā)爆破的降振效果，論證露天礦的微差爆破對引水隧洞的保護性，得出了露天礦微差爆破對飲水隧洞的安全性有重要意義的結(jié)論。

爆破振動；振動監(jiān)測；引水隧洞；微差爆破

1　概述

現(xiàn)階段由于爆破危害爆破振動、飛石、沖擊波、噪聲等影響人身財產(chǎn)安全的負面效應(yīng)的越來越顯著，其中爆破振動被認為是爆破施工中最嚴重的負面效應(yīng)，因爆破振動過大引起的諸如滑坡、洞室坍塌、建筑物開裂等災害事故時有發(fā)生。隨著爆破技術(shù)的廣泛應(yīng)用，比如公路鐵路工程、隧道工程、水利工程、城市拆除工程，還有礦山生產(chǎn)。尤其是在礦山生產(chǎn)過程中，大孔網(wǎng)參數(shù)的應(yīng)用，為了爆破生產(chǎn)的安全進行，對爆破振動的監(jiān)測和預測已經(jīng)成為了一個必要的手段。在爆破作業(yè)中，控制爆破振動對結(jié)構(gòu)體或邊坡體的破壞、控制爆破地震波的危害是十分必要的。文獻［1］從爆破地震效應(yīng)分析入手，對爆破地震強度的變化規(guī)律進行了討論。通過對爆破荷載作用下不同巖土介質(zhì)高邊坡的動態(tài)響應(yīng)和爆破震動對邊坡的作用機理研究，探討了爆破地震波在高差和坡度存在的巖石高邊坡介質(zhì)中的傳播機理和高陡邊坡控爆減震的基本原理。提出了爆破地震波的分離阻隔、分散裝藥減小震源能量、多段延時減小單響爆震、選用低密度低爆速炸藥及合理的裝藥結(jié)構(gòu)等的減振方法，且取得了良好的效果；文獻［2］提出了從爆破工藝的角度降低爆破振動，并且運用數(shù)值模擬的方法對降振率進行分析，論證了緩沖爆破的降振作用。本文在以上理論的基礎(chǔ)上，通過爆破振動監(jiān)測方法，對某露天礦微差爆破降振進行分析，以期對爆破振動的危害控制提供理論基礎(chǔ)。

2　爆破振動監(jiān)測變量分析

經(jīng)過各國學者的經(jīng)驗總結(jié)，爆破振動監(jiān)測內(nèi)容主要有以下幾個方面：

（1）振動速度V；

（2）振動加速度a；

（3）構(gòu)筑物或建筑物在爆破振動下的反應(yīng)曲線；

（4）巖體介質(zhì)在爆破振動下反應(yīng)的曲線。

在爆破工程中，對爆破振動速度的監(jiān)測是最能衡量爆破振動危害的一個方面。所以在一般的監(jiān)測中，都是監(jiān)測爆破振動的峰值振速。

3　監(jiān)測系統(tǒng)布置

測點的布置原則［3-7］：

（1）測試場地宜選擇在炮孔中心連線垂直的方向上；

（2）為了能較好地描述地振動的變化規(guī)律，爆破振動測點要足夠多，當藥量一定時，可根據(jù)經(jīng)驗選取各測點到爆心的距離；

（3）爆心距的選取應(yīng)使各測點的比尺距之間有一定的差距；在測試現(xiàn)場可能的條件下，為避免試驗數(shù)據(jù)密集在某一個區(qū)域內(nèi)，相鄰二測點比尺倒數(shù)的對數(shù)值之差選為常數(shù)；

（4）對建筑物進行安全監(jiān)測時，選擇的測點分布在民房和工廠廠房等建筑物承重部位的基礎(chǔ)處，測點的地面保證基本平整；

（5）確定各測點位置，測量出各測點的坐標（每次爆破中各測點的爆心距、高差）。

傳感器是反映被測信號的關(guān)鍵部位，為了能正確反映所測信號，除了傳感器本身的性能指標滿足一定的要求外，傳感器的安裝、定位也是極其重要的。在本文的爆破振動監(jiān)測中，采用TC-4850爆破震動儀及配套的速度傳感器，安全監(jiān)測的測點布置在有浮渣的地面上，為了使傳感器與測點的表面牢固地結(jié)合在一起，直接用速凝劑將傳感器粘固在水泥地平表面上不能保證很好的耦合，所以應(yīng)用鐵釘。測線的測點布置在爆源中心連線上。

4　現(xiàn)場爆破試驗及其結(jié)果分析

某隧洞貫穿整個露天礦礦區(qū)，現(xiàn)場爆破試驗選擇該礦區(qū)的南露天礦生產(chǎn)爆破中進行，選取爆源點在引水隧洞的頂部，分別為雙孔齊發(fā)爆破和雙孔微差爆破，炮孔孔徑140mm，炮孔深13m，堵塞4.5m，由于本次現(xiàn)場試驗研究和礦山生產(chǎn)計劃之間的矛盾，故本次研究在南露天進行現(xiàn)場試驗中未做微差時間為42ms的相關(guān)測試，雙孔微差爆破的微差時間選擇為25ms。

根據(jù)選取的爆心距和孔網(wǎng)參數(shù)，分別進行雙孔齊發(fā)爆破和雙孔微差爆破現(xiàn)場試驗。布置測點如圖1所示。對比分析測點數(shù)據(jù)如表1所示，微差爆破各方向峰值振速的衰減率如表1所示。

現(xiàn)將表1所述的齊發(fā)爆破與微差爆破各向峰值振速及和速度隨爆心距的變化做逐一對比，如圖2～圖5所示。

圖2　水平徑向峰值振速

圖3　豎直向峰值振速

通過以上三向振速及和速度對比圖可得出結(jié)論：采用25ms微差爆破的峰值振速明顯低于齊發(fā)爆破測點的峰值振速，進一步說明了微差爆破的降振效果。為了更好地論述微差爆破的降振作用，運用衰減率進行分析，衰減率計算公式為：

式中：η——衰減率；

Vq——齊發(fā)爆破各節(jié)點處峰值振速；

Vw——微差爆破各節(jié)點處爆破振動峰值振速。

由衰減規(guī)律得出衰減率如表2所示。

表2　雙孔微差和雙孔齊發(fā)爆破各方向振速衰減率

圖4　水平切向峰值振速

圖5　和速度對比圖

表2中計算出雙孔微差爆破和雙孔齊發(fā)爆破的和速度平均衰減率為ηˉh=21.29%，由此可知，在微差時間為25ms情況下，該礦區(qū)爆破振動相對于齊發(fā)爆破得到很大程度降低（約20%）。

5　結(jié)論

本文進行了現(xiàn)場爆破試驗，現(xiàn)場相同裝藥結(jié)構(gòu)、相同孔網(wǎng)參數(shù)條件下，分別對雙孔微差爆破和雙孔齊發(fā)爆破進行了爆破振動監(jiān)測，并且對比分析了微差爆破的降振率，水平徑向降振率平均在23%，垂直方向降振率平均在25%和水平切向降振率平均在16%，和速度的降振率達到了21.3%，進而說明了微差爆破降低爆破振動對隧洞的穩(wěn)定性影響有很重要的意義。

［1］李廷春，沙小虎，鄒強.爆破作用下高邊坡的地震效應(yīng)及控爆減振方法研究［J］.爆破，2005，22（1）：1-5.

［2］張袁娟，黃金香，袁紅.緩沖爆破減震效應(yīng)研究［J］.巖石力學與工程學報，2011，3（5）：967-973.

［3］馮林.爆破振動智能預測技術(shù)研究［D］.武漢：武漢理工大學，2011.

［4］徐全軍，王希之.柱狀裝藥近源場爆破振動峰值預報研究［C］//第七屆全國工程爆破學術(shù)會議論文集，2007.

［5］易長平，盧文波，張建華.爆破振動作用下地下洞室臨界振速的研究［J］.爆破，2005，22（4）：4-7.

［6］朱瑞賡，李錚.爆破地震波作用下巖石隧道的臨界振動速度［C］//工程爆破文集（第二輯），冶金工業(yè)出版社，1953：285-291.

［7］王軍躍.爆破振動信號疊加法及其在露天礦的應(yīng)用［D］.武漢理工大學，2007.

TV542

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1004-5716（2016）03-0167-03

2015-12-07

2015-12-08

呂鑫（1983-），男（漢族），山西太原人，工程師，現(xiàn)從事計算機科學與技術(shù)研究工作。