某地下鐵礦爆破振動(dòng)對(duì)地表民房安全的影響

高琪琪 張西良

(1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司；2.馬鞍山礦山研究院爆破工程有限責(zé)任公司；3.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

某鐵礦礦區(qū)地表有村莊、公路、稻田和山林坡地等，地下水豐富，地表不允許塌陷。礦區(qū)主礦體賦存于閃長(zhǎng)巖與砂頁(yè)巖的接觸帶部位。礦山建設(shè)規(guī)模為200萬(wàn)t/a，采用主井—副井開(kāi)拓系統(tǒng)，中段高度為60 m。主井井筒凈直徑為5.3 m，采用鋼絲繩罐道，雙箕斗的提升方式，塔式布置。副井布置在與主井相距約110 m處，井筒凈直徑6.5 m；井筒內(nèi)配置有5 180 mm×3 000 mm 雙層單罐籠配平衡錘，由落地式JKMD-3.256(Ⅲ)E型提升機(jī)承擔(dān)提升人員、材料、設(shè)備上下任務(wù)，并作為生產(chǎn)期間風(fēng)、水管及電纜的進(jìn)出井。本研究根據(jù)某地下鐵礦井下爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)爆破振動(dòng)衰減規(guī)律進(jìn)行分析，并進(jìn)一步討論爆破振動(dòng)對(duì)地表民房安全的影響。

1 生產(chǎn)掘進(jìn)爆破振動(dòng)測(cè)試

1.1 生產(chǎn)掘進(jìn)爆破參數(shù)

該礦井下生產(chǎn)掘進(jìn)巷道斷面尺寸為4.6 m×4 m(寬度×高度)，采用YT-27鑿巖機(jī)穿孔，孔徑42 mm，鉆孔深度3.2 m，每個(gè)循環(huán)進(jìn)尺為3.0 m。掘進(jìn)工作面炮眼數(shù)量共計(jì)62個(gè)，炮孔布置如圖1所示。采用巖石乳化炸藥連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，藥卷直徑32 mm，單個(gè)藥卷質(zhì)量150 g，采用1～10段毫秒導(dǎo)爆管雷管延期起爆。

1.2 爆破振動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

本研究爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備為TC-3850型爆破測(cè)振儀，采樣率1～50 ksps，頻率為0～10 kHz，觸發(fā)電平0～10 V(0～35 cm/s)任意可調(diào)，記錄精度為0.01 cm/s。在礦區(qū)地表沿著民房方向布置了TC-3850型爆破測(cè)振儀，對(duì)-470 m中段4次生產(chǎn)爆破期間的爆破振動(dòng)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，每次爆破藥量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1，爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

圖1 掘進(jìn)巷道斷面爆破炮孔布置

表1 生產(chǎn)爆破藥量

1.3 爆破振動(dòng)衰減規(guī)律

根據(jù)表2，采用薩道夫斯基公式[1-5]進(jìn)行了回歸分析，得出的爆破振動(dòng)衰減規(guī)律回歸公式為

表2 爆破振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)

式中，V為保護(hù)對(duì)象所在地安全允許質(zhì)點(diǎn)振速，cm/s；R為爆破振動(dòng)安全允許距離，m；Q為炸藥量，齊發(fā)爆破為總藥量，延時(shí)爆破為最大單段藥量，kg。

由圖2可知：隨著最大段藥量Q的增加，相同距離位置的爆破振動(dòng)速度呈增大趨勢(shì)，即有效控制最大段藥量，可以有效降低爆破振動(dòng)強(qiáng)度，從而確保礦區(qū)地表建筑物安全；相同最大段藥量條件下，隨著測(cè)點(diǎn)距離的增大，爆破振動(dòng)速度表現(xiàn)為逐漸衰減趨勢(shì)，即距離爆破位置越遠(yuǎn)，振動(dòng)速度越小，進(jìn)而對(duì)礦區(qū)地表建筑物的影響越小。

圖2 爆破振動(dòng)速度隨距離的變化曲線

2 生產(chǎn)爆破期間民房安全性分析

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，礦區(qū)附近民房類別有土坯房、磚瓦房等建筑類型，綜合考慮房屋類型、房屋質(zhì)量、建設(shè)年代等因素，并參照《爆破安全規(guī)程》(GB 6722—2014)，本研究選取的居民房屋爆破安全允許振動(dòng)速度為0.45 cm/s[6-8]。根據(jù)上式，可得不同安全允許振動(dòng)速度下最大段藥量Q與安全允許距離R的關(guān)系曲線，見(jiàn)圖3。

由圖3可知：在最大段藥量固定的情況下，隨著安全允許振動(dòng)速度的增加，安全允許距離呈減小趨勢(shì)；在相同安全允許振動(dòng)速度條件下，隨著最大段藥量的增大，安全允許距離表現(xiàn)為逐漸增大的趨勢(shì)。

圖3 最大段藥量與安全允許距離的關(guān)系曲線

目前，礦山生產(chǎn)掘進(jìn)爆破的最大段裝藥量為13.35 kg，以民房安全允許振速0.45 cm/s計(jì)算，安全允許距離為106.6 m。而生產(chǎn)爆破位置與最近民房的平面投影距離為122 m，爆心距達(dá)497 m，遠(yuǎn)大于安全允許距離106.6 m。因此，在當(dāng)前爆破方式條件下，礦山生產(chǎn)爆破振動(dòng)對(duì)民房的影響非常有限。

3 副井掘進(jìn)爆破對(duì)民房安全的影響

該礦山副井已經(jīng)施工完畢，副井?dāng)嗝鏋閳A形，炮孔呈同心圓形布置，其中最靠近開(kāi)挖中心的1～2圈為掏槽孔，最外一圈為周邊孔，其余為輔助孔(崩落孔)。副井井徑段的最大段藥量為33.6 kg，每次爆破總藥量為141.2 kg；井身段的最大段藥量為31.2 kg，每次爆破總藥量為130.2 kg。由圖4可知：隨著副井掘進(jìn)爆破深度的增加，爆破位置與民房的距離逐漸增大，在民房位置產(chǎn)生的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度不斷減小，由副井開(kāi)始掘進(jìn)時(shí)的0.15 cm/s降低至副井深度530 m時(shí)的0.04 cm/s，且均在民房安全允許爆破振動(dòng)速度范圍內(nèi)，正常情況下不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)正常的民房造成損壞。

圖4 副井掘進(jìn)爆破時(shí)在民房處產(chǎn)生的爆破振動(dòng)速度

4 結(jié) 語(yǔ)

以某地下鐵礦為例，通過(guò)對(duì)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，討論了該礦生產(chǎn)爆破和副井掘進(jìn)爆破振動(dòng)對(duì)地表民房安全的影響，認(rèn)為當(dāng)前井下生產(chǎn)爆破和副井掘進(jìn)爆破作業(yè)不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)正常的民房產(chǎn)生較大的影響。