井下中深孔松动爆破振动强度规律研究
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇井下中深孔松动爆破振动强度规律研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘 要：本文通过爆破实验和监测分析，研究芒硝矿井下中深孔松动爆破振动规律。监测结果表明，同等条件下，双侧对称挤压爆破法的振动强度小于单测挤压爆破法的振动强度，长轴方向的振动强度大于短轴方向的的振动强度,随着地表震动矢量速度模最大值的增加芒硝矿的回采率呈下降趋势。研究成果对非煤矿山井下爆破设计具有指导作用。
关键词：采矿工程；松动爆破；振动强度
中图分类号：TD 8文献标识码：A文章编号：1673-0992（2011）01-0312-05
一、 引言
四川省川眉芒硝有限责任公司大洪山矿山开采活动始于上世纪初，1980年代进入规模化开采，芒硝产量由当初10kt/a增加到1000kt/a,开采矿石量达5000kt/a，为国内芒硝行业龙头矿山。主要开采工艺为井下中深孔松动爆破，单次爆破量（2#岩石硝铵炸药）由当初的1t增加到50t，由此产生的爆破振动危害也日益突出，寻求爆破振动与相关因素的关系以最大限度减小爆破振动已成为一个迫切的课题。本文通过爆破实验和监测分析，研究芒硝矿井下中深孔松动爆破振动规律，研究成果对非煤矿山井下爆破设计具有指导作用。
二、 采矿爆破情况
1辈煽蠓椒í
四川省川眉芒硝有限责任公司大洪山矿山采用松动爆破后水溶解的开采方式，反斜井开拓，沿走向布置主要运输大巷和回风巷，沿倾向布置采区，采区内布置拉槽平巷和爆破切割巷，YGZ-80/90钻机凿岩，天井掏槽，平巷拉槽，切割巷扇形孔挤压爆破（钻孔布置方式见图1）。
图1 钻孔布置方式图
2 地质条件
爆区上部为浅丘地形，坡度较平缓，观测区域内高差不大；地表白垩系棕红色泥岩，质软，易风化和水解，表土层约1米左右；就爆破震动而言，该土质属中软质岩层，其震动效应特征为爆区附近震动大于相同状况下的坚硬岩层，但震动幅值随距离的衰减较快。
3北破条件
单次爆破药量约为50t、爆破中心点深度约80m；爆破方式为30ms-300ms微差爆破；共分为40余段、总持续时间约为2秒；在50毫秒内一次起爆的最大药量约为4吨；爆破区域长约100米、宽约40米、长轴方向北东37°左右。
三、爆破震动监测方案设计
震动测试选用美国Kinemetrics公司生产的三分向、自动触发的SSA-2数字强震加速度仪进行地面加速度观测。该仪器经多次震动台标定、多次强天然地震观测、岩土工程爆破及其它工业振动测试，证明其具有稳定可靠、精度高、使用方便的优点；这些优点是目前国产同类型仪器尚不能比拟的。因此，爆破观测的地面加速度时程记录的准确性具有充分的硬件保证。此外，与该强震观测仪配套的原装计算机软件可对上述加速度时程记录进行数值积分，得到可靠的速度时程记录（测试系统的组成见图2）。
图2 测试系统组成图
为了准确掌握爆破振动在各个方向上的变化规律，每次测试分别在爆区的长轴方向和短轴方向上不同距离处布置6台强震仪（各测点分布的详细情况见图3）。
图3 测点分布示意图
该项目共进行10次爆破振动测试，对比观测单测挤压爆破法和双侧对称挤压爆破法的振动规律和爆破松动效果，两种爆破法各进行5组测试（两种爆破法的布置方式分别见图4、图5）。
图4 单测挤压爆破法
图5 双侧对称挤压爆破法
四、 振动测试数据分析
1 数据采集
6台强震仪共进行10次爆破振动测试，分单测挤压爆破法和双侧对称挤压爆破法2组，每组各进行5次测试，获得2×5×6组测试数据，每组数据含L、T、V 3个分向的地面加速度时程及经数值积分得到的地面速度时程记录（图6-图29为两组测试特征测点的地面速度时程曲线，VL、VT、VV为3个分向的速度时程曲线，VC为合成速度时程曲线）。
图6 1组134号强震仪VL时程曲线オ
图7 1组134号强震仪VT时程曲线オ
图8 1组134号强震仪VV时程曲线オ
图9 1组134号强震仪VC时程曲线オ
图10 2组134号强震仪VL时程曲线オ
图11 2组134号强震仪VT时程曲线オ
图12 2组134号强震仪VV时程曲线オ
图13 2组134号强震仪VC时程曲线オ
两组测试特征测点各方向的加速度最大值、速度最大值、合成速度最大值见表1。
表1 加速度和速度测试结果
表2 双侧对称挤压爆破法测试结果
表3 单侧挤压爆破法测试结果
2笔据分析
以爆心距（测点距爆破区域中心的距离）为X轴，以单测挤压爆破法和双侧对称挤压爆破法的矢量速度模最大值为Y轴，分别绘制出单测挤压爆破法矢量速度模最大值曲线图（偶数组速度）和双侧对称挤压爆破法矢量速度模最大值曲线图（奇数组速度）（见图14）。可以看出，同等条件下，偶数组速度普遍大于奇数组速度，也就是说，双侧对称挤压爆破法的振动强度小于单测挤压爆破法的振动强度。
双侧对称挤压爆破法如图5所示，药室1、5同时起爆，爆轰作用形成的应力波,由药包中心向周围传播,先是使邻近的岩体Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ、Ⅵ产生压碎圈，然后向外侧的应力波使岩体Ⅰ、Ⅵ产生破裂圈（岩体Ⅰ、Ⅵ临自由面），向内侧的应力波作用于岩体Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ进一步压碎岩体（岩体Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ不临自由面）；药室2、4再同时起爆，使岩体Ⅱ、Ⅴ产生破裂圈，依次类推。如是，炸药爆炸产生的能量相当部分作用于压碎、破裂岩体，成为有用功。单测挤压爆破法如图4所示，相当部分炸药爆炸产生的能量作用于不临自由面的岩体，使岩石质点产生弹性振动,并以弹性波的形式向外传播,这种弹性波又叫地震波。爆破地震波传播到地表,将会引起地表震动,即为爆破振动。从爆破作用的过程可以得知，单测挤压爆破转化为爆破振动的能量多于双侧对称挤压爆破转化为爆破振动的能量。测试数据也表明，单测挤压爆破的振动强于双侧对称挤压爆破的振动。
图14 爆心距和矢量速度模关系
以爆心距为X轴，以长轴方向和短轴方向各测点的矢量速度模最大值为Y轴，分别绘制出长轴方向曲线图和短轴方向曲线图（见图15）。可以看出，同等条件下，长轴方向速度普遍大于短轴方向速度，也就是说，长轴方向的振动强度大于短轴方向的的振动强度。
图15 长轴方向矢量速度模和短轴方向矢量速度模对比
图16为矢量速度模最大值与回采率的变化关系图，从图中可以看出，随着矢量速度模最大值的增加，矿石的回采率呈下降趋势，爆破效果越来越差。
图16 矢量速度模最大值与回采率的变化关系
五、结论
根据以上分析，结合国内外对爆破振动的研究，我们知道，爆破振动的影响因素很多，如单段炸药量、起爆方式、炸药性能等因素与爆破振动的强弱相关，同时，起爆方式、爆破区域的方向对爆破振动的强弱也密切相关。
双侧对称挤压爆破法采用从爆破区域两侧同时对称起爆的方式，让炸药爆破产生的能量尽可能的作用于破碎岩石，尽可能少的产生振动，这不仅有利于控制振动带来的危害，而且增加了采矿的经济效益。
爆破区域的长轴方向的振动强度大于短轴方向，爆破设计时充分考虑爆破区域的方向性，也可以最大限度的减少对地面保护体的振动危害。
爆破振动的强弱与爆破效果成反比，采矿设计过程中，应结合具体的条件，合理选取参数，优化爆破设计，最大限度减少爆破振动，改善爆破效果，提高经济效益，实现安全生产。
参考文献：
[1]A．H．哈努卡耶夫，矿岩爆破物理过程，刘殿中译，冶金工业出版社，1980
[2]彼得罗A J等，爆破震动问题与精确爆破(郭汉粲等译)，世界采矿快报，1988，(7)
[3]德克雷B，雷管起爆时间离散性对爆破震动的影响(郭汉桑等译)，世界采矿快报，1988，(7)
[4]龚亚莉，爆破引起地面震动及衰减规律，爆炸与冲击，1981，l(2)5]黄树棠等，爆破振动效应[M]，爆破振出版社，1981
[6]李夕兵，论岩体软弱结构面对应力波传播的影响，爆破与冲击，1993，
[7]李遗棋等，爆炸力学，科学出版社，1992
[8]钮强，岩石爆破机理，东北工学院出版社
[9]刘殿中，工程爆破实用手册，冶金工业出版社，1999
[10]钱胜国，爆破振动动速度位移激励结构动力响应分析方法，爆破，2000(17卷增刊)： [11]王文龙，钻眼爆破，煤炭工业出版社，1983
[12]徐全军等，爆破振动峰值预报神经网络研究，爆炸与冲击，1999(2)
[13]杨桂桐，岩体的动力特性及震动波在岩体中的传播．金属矿山，1992，(6)
[14]杨志强，深井爆破振动衰减规律与控制技术研究，[硕士论文]，2008
[15]朱瑞赓等，爆炸地震波的现场测量及其安全距离，爆炸与冲击，1982，2(1)