露天礦山爆破振動影響與控制對策分析

張全龍，張才文

（云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司，云南 文山 663700）

近年來我國社會經(jīng)濟飛速發(fā)展，現(xiàn)代化建設(shè)對各種礦產(chǎn)資源的需求也不斷增多，爆破作業(yè)屬于露天礦山開采活動過程中的重要環(huán)節(jié)，爆破作業(yè)產(chǎn)生的振動可能會對礦山附近建筑物造成破壞，同時容易引起礦坑邊坡失穩(wěn)或者滑坡等災(zāi)害的產(chǎn)生。怎樣科學(xué)有效地控制露天礦山爆破振動強度，是現(xiàn)階段露天礦山開采過程中必須引起充分重視的一個問題。唯有盡可能控制礦山爆破振動產(chǎn)生的影響，才能夠降低露天礦山開采活動中安全事故的發(fā)生幾率，確保作業(yè)人員和附近群眾的生命財產(chǎn)安全。

1 露天礦山爆破振動的影響因素

露天礦山爆破過程中所產(chǎn)生的振動效應(yīng)通常源自于炸藥爆炸之后形成的能量對藥包附近巖石帶來的壓力與破壞后，剩余爆炸能量雖然不會對巖石造成更多的破壞，但會讓巖石質(zhì)點出現(xiàn)彈性振動，這樣的彈性振動往往會通過地震波的形式朝著外部逐漸擴散，進而對附近環(huán)境帶來一定影響[1]。地震波通常包含了很多不同類型的波構(gòu)成，按照其傳播途徑的差異，波能夠劃分成體積波以及表面波兩種，體積波會造成介質(zhì)出現(xiàn)拉伸或壓縮變形，所以藥包附近巖石受到破壞是體積波導(dǎo)致的，表面波的突出特征在于振幅大、頻率低、振動時間相對更長且攜帶能力較大，這種波屬于爆破振動產(chǎn)生的直接誘因。

1.1 不可控影響因素

此處所提到的不可控因素主要指的是不能提前進行預(yù)測且難以進行實際控制的影響因素，對露天礦山爆破活動可能帶來的影響和后果是難以預(yù)估的。從當(dāng)前露天礦山爆破作業(yè)的實際情況來看，爆破振動的不可控影響因素集中在地質(zhì)和地形環(huán)境上。地質(zhì)包含了爆破作業(yè)區(qū)域巖石的孔隙性、節(jié)理構(gòu)造和風(fēng)化情況，會對爆破時巖石的破碎程度帶來影響，而地形一般是地面平整性、高低起伏等實際情況，會對爆破作業(yè)中振動波主頻、幅值和頻率范圍等帶來影響[2]。

1.2 可控影響因素

露天礦山爆破過程中振動的可控影響因素即是能夠?qū)φ駝舆M行有效控制的相關(guān)因素，從而降低振動帶來的負(fù)面影響，促進露天礦山爆破作業(yè)效率的提高。從當(dāng)前露天礦山爆破作業(yè)的實際情況來看，可控因素集中在炮孔直徑、炸藥單耗、孔網(wǎng)參數(shù)以及間隔時間等方面，例如說炮孔直徑一般需要注意臺階高度、巖石破碎程度以及鉆孔機等影響因素，要對炮孔直徑予以合理確定，必須要綜合考慮上述幾方面的因素；炸藥單耗是否符合爆破實際需要也會對礦山爆破作業(yè)和開采作業(yè)效率帶來影響，炸藥單耗的確定需要綜合考慮巖石可爆破性和爆破目標(biāo)等因素。在實際作業(yè)中應(yīng)當(dāng)根據(jù)露天礦山爆破的具體情況來對相關(guān)影響因素進行有效控制。

2 露天礦山爆破振動的控制對策

2.1 起爆間隔時間與裝藥方式

通過上文的論述我們能夠了解到，由于露天礦山爆破作業(yè)時所產(chǎn)生的振動會帶來很大的負(fù)面影響，導(dǎo)致爆破作業(yè)效率難以提升，甚至造成人身安全事故。在實踐研究中發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致露天礦山爆破振動的關(guān)鍵性因素在于裝藥作業(yè)時未合理確定分段時間和裝藥方式，所以在實際爆破作業(yè)過程中必須要做好如下幾方面的工作：一是對露天礦山的具體情況展開全面深入的調(diào)查分析，掌握爆破區(qū)域附近的地質(zhì)條件以及地形條件；二是需要根據(jù)調(diào)查收集的相關(guān)資料，科學(xué)確定藥柱高度和裝藥結(jié)構(gòu)，這兩點會對爆破振動帶來非常大的影響，若設(shè)計不符合實際情況會導(dǎo)致爆破振動進一步增加，同時對爆破實際效果帶來非常大的影響；三是應(yīng)當(dāng)確保裝藥方式和分段間隔時間的合理性，合理確定裝藥方式和分段間隔時間能夠降低藥柱高度，進而減小爆破振動，同時科學(xué)的爆破方式能夠降低爆后產(chǎn)生大塊巖石的幾率，促進爆破作業(yè)效率的提升。

2.2 合理控制單段藥量

露天礦山爆破作業(yè)中存在諸多影響爆破振動的因素，從當(dāng)前的實際情況來看，露天礦山爆破存在可控與不可控兩方面的影響因素，唯有借助于科學(xué)的預(yù)測分析和全面的調(diào)研考察，盡可能降低振動帶來的風(fēng)險性后果，同時主動落實好相應(yīng)的控制措施，才能夠真正將爆破振動帶來的危害降到最低。針對露天礦山爆破作業(yè)過程中的可控性影響因素，單段藥量的控制屬于其中非常重要的一點，通常來說爆源到測點的距離屬于非人為因素，然而最大單段藥量的確定是我們能夠直接控制的。所以在露天礦山爆破作業(yè)時應(yīng)當(dāng)結(jié)合具體的爆破需求來合理確定單段最大藥量，從而減小爆破振動產(chǎn)生的危害。實際工作研究證明，合理減少單段最大藥量可以在很大程度上控制爆破振動。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展與普及應(yīng)用，在現(xiàn)階段露天礦山爆破作業(yè)中能夠選擇運用高精度雷管以及數(shù)碼電子雷管等技術(shù)，對露天礦山進行實時分段延遲爆破，同時在這一過程中和過去傳統(tǒng)爆破所消耗的總藥量基本上維持不變，但最大單段藥量得以有效降低，不但能夠控制爆破振動，還能夠有效促進爆破作業(yè)效率的提升，為礦山開采提供更多的增益效果[3]。

2.3 科學(xué)確定爆破方式

對于露天礦山爆破作業(yè)來說，因為地形環(huán)境以及爆破目標(biāo)的差異性，所選擇的爆破方式也應(yīng)當(dāng)有所區(qū)別，例如小范圍爆破和大范圍爆破，相比而言大范圍爆破所造成的負(fù)面振動影響必然會更大。目前較為普遍的礦山爆破方式主要是深孔大直徑炮孔爆破，選擇這一爆破方式能夠在很大程度上降低爆破作業(yè)成本。通過實踐研究能夠了解到，采取深孔大直徑炮孔爆破所產(chǎn)生的振動很大，其在實際應(yīng)用中即便能夠為露天礦山爆破作業(yè)提供一定程度的效益，然而若針對部分對振動相對敏感的區(qū)域，選擇這一爆破方式會對礦山生產(chǎn)造成非常嚴(yán)重的負(fù)面影響，不僅會降低礦山作業(yè)效率，甚至還能夠?qū)е掳踩鹿实某霈F(xiàn)。所以對于爆破方式的具體選擇不能夠單純地注重其經(jīng)濟效益，更應(yīng)當(dāng)了解其優(yōu)勢與缺陷，結(jié)合露天礦山的具體情況和爆破目標(biāo)需求來合理確定，如此一來才可以真正減弱爆破作業(yè)產(chǎn)生的負(fù)面振動影響，促進露天礦山生產(chǎn)作業(yè)效率的不斷提升。

2.4 工作人員的專業(yè)素養(yǎng)

因為露天礦山爆破作業(yè)對于專業(yè)性和技術(shù)性的要求較高，要確保爆破振動得以有效控制，需要相關(guān)作業(yè)人員也應(yīng)當(dāng)擁有較高的專業(yè)技術(shù)水平和豐富的爆破作業(yè)經(jīng)驗。實際開始作業(yè)之前應(yīng)當(dāng)對相關(guān)人員實施考核，確保其符合專業(yè)水準(zhǔn)要求后才能夠上崗，確保礦山爆破作業(yè)的科學(xué)有序開展，防止因為專業(yè)能力不夠或經(jīng)驗不足出現(xiàn)人為操作失誤，造成較大振動[4]。

3 露天礦山爆破降振技術(shù)的應(yīng)用

某露天礦山地處河北省邯鄲市某縣，該礦山實施露天開采作業(yè)，自上而下水平分層采礦法進行作業(yè)。正常爆破情況下選擇三角形方式布孔，各次設(shè)置2 排炮孔，深度16m，炮孔直徑140mm，炮孔間距5m，排距4m，最小抵抗線為3m，炸藥單耗0.5kg/m3，單孔裝藥量為150kg，最大段藥量750kg，每次爆破所消耗總藥量保持在3000kg。該露天礦山與城鎮(zhèn)距離較遠(yuǎn)，但開采安全距離之外依舊存在部分居民房屋和其他建筑物，與礦山開采作業(yè)范圍最為接近的建筑物離爆破作業(yè)點之間的距離在320m左右。

我們知道，露天礦山爆破作業(yè)產(chǎn)生的振動和炸藥量、裝藥結(jié)構(gòu)以及傳爆方向之間存在非常緊密的聯(lián)系，如果一次爆破作業(yè)所用總藥量一致，借助于逐孔爆破技術(shù)能夠在很大程度上減少最大段藥量；在炮孔底部區(qū)域設(shè)置空氣間隔能夠?qū)ρb藥結(jié)構(gòu)予以優(yōu)化，降低炸藥單耗；科學(xué)確定傳爆方向能夠控制地震波大范圍傳播。所以為減輕爆破過程中產(chǎn)生的振動影響，該露天礦山實際爆破過程中有針對性的選擇如下技術(shù)措施，同時針對實際振動控制效果展開分析。

3.1 逐孔爆破技術(shù)

運用逐孔爆破技術(shù)，如果總藥量一致的前提下，借助于合理控制微差時間能夠在很大程度上減輕產(chǎn)生振動的強度，逐孔爆破的間隔時間能夠利用如下公式進行計算：

上述公式中，?t指的是逐孔起爆的間隔時間（單位ms），K指的是系數(shù)，裂隙相對較少的巖石通常取值0.75，中等裂隙巖石取值1，裂隙相對多的巖石取值1.25，W 指的是炮孔最小抵抗線（單位m），f指的是巖石普氏系數(shù)。按照該露天礦山的實際地質(zhì)情況，結(jié)合筆者實際研究經(jīng)驗，此次選擇高精度毫秒延期雷管，孔內(nèi)采取15 段375ms 延期雷管，將排延期時間保持在17ms或25ms，雁行列延期時間控制在42ms 或65ms，進行逐孔起爆。

3.2 選擇空氣間隔器

選擇孔底空氣間隔設(shè)備對爆破振動進行控制的基本原理是借助于軸向空氣介質(zhì)不耦合裝藥，減少爆破初期壓力和爆破應(yīng)力峰值，最終實現(xiàn)控制振動的目標(biāo)。結(jié)合該露天礦山的實際情況，和連續(xù)裝藥爆破比起來，選擇空氣間隔器進行爆破的辦法能夠顯著降低炸藥單耗和巖石大塊率，同時可以有效控制振動影響。該礦山最終選擇BJQ 型氣體間隔器，將它設(shè)置在孔底處，間隔高度1.5m。

3.3 合理確定傳爆方向

爆破振動所產(chǎn)生的地震波在傳爆方向進行疊加后會極大提升振動強度。因此前期設(shè)計的過程中能夠把傳爆方向背靠被保護物體，和被保護物體最為接近的炮孔開始起爆，按照從近到遠(yuǎn)的順序依次起爆。最開始起爆的炮孔成功破碎巖石后，能夠阻擋隨后起爆炮孔形成的地震波朝著被保護建筑物傳播，進而達(dá)到降低振動強度的目標(biāo)[5]。

3.4 爆破振動監(jiān)測分析

該露天礦山爆破降振作業(yè)選擇便攜式監(jiān)測儀，主要針對振點的振速以及單軸最大振動頻率，同時對收集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)實施分析研究。該露天礦山爆破作業(yè)時，一次爆破總藥量為3000kg，最大段藥量750kg，選擇逐孔爆破方法，最大段藥量150kg。分別運用上文中三類不同技術(shù)措施的情況下，對爆破四周多處建筑所處位置的振動實施監(jiān)測，結(jié)果如下：

運用上述技術(shù)措施時，一次爆破總藥量為3000kg 的情況下，在礦山附近三處建筑物位置所監(jiān)測到的爆破作業(yè)所形成的最大爆破振動速度為2.23，4.78，3.4mm/s，都不超過正常爆破情況下的振動速度。而一次爆破總藥量一致時，和正常爆破所產(chǎn)生的爆破振動速度實施對比后能夠發(fā)現(xiàn)，選擇逐孔爆破減少最大段藥量后，爆破振動顯著減少了30%左右，轉(zhuǎn)變傳爆方向后爆破振動減少了20%左右，運用空氣間隔器的情況下，爆破振動減少了15%左右，靈活運用三種技術(shù)方案能夠讓爆破振動大幅減少40%左右，可以說取得了非常好的成績，也實現(xiàn)了爆破降振目標(biāo)。

4 小結(jié)

總而言之，隨著近年來社會經(jīng)濟的發(fā)展，對礦產(chǎn)資源的需求也不斷增加，露天礦山爆破作業(yè)也受到了越來越多的關(guān)注與重視。因為露天礦山爆破作業(yè)所產(chǎn)生的振動很可能對附近建筑物以及礦山正常開采帶來影響，所以本文針對該問題展開了一番論述。本文主要探討了露天礦山爆破振動的相關(guān)影響因素，提出了有效控制礦山爆破振動的幾點對策，最后從實際案例著手論述了幾種降振技術(shù)措施在露天礦山爆破過程中的實踐運用，并對實際降振效果予以監(jiān)測分析，希望借助于本文的研究能夠真正提高礦山爆破降振效果，促進露天礦山開采作業(yè)效率的提升。