南芬露天矿预裂爆破的测震与分析

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高毓山，胡志强

(本钢南芬露天铁矿,辽宁本溪 117014)

摘要：南芬露天铁矿进行的主要是大孔径直孔预裂爆破，取得了一定的成效。本文介绍了2006年6月至7月间使用先进仪器，根据南芬露天铁矿的实际情况，对现场的生产爆破及预裂爆破的爆破震动进行了现场测试，并进行了减震效果分析，将萨道夫斯基公式中的K和α值回归计算，从而对采场上盘中部370水平的预裂爆破震动速度进行了预测。预测结果与实测值比较分析表明，南芬露天铁矿预裂爆破在X、Y、Z三个方向降震率的平均值为47.2%。

关键词：预裂爆破；爆破震动；减震效果；测试；分析

对处于生产期的露天矿，最重要的是保证开采能力和安全性，在矿山整个开采期间，确保进入工作面通道的可靠是必要的，工作面任何部分的意外终止将对矿山的正常生产带来灾难性的影响。南芬露天铁矿是我国大型机械化露天开采矿山，目前生产规模已达年产矿石1300多万t，是本溪钢铁（集团）公司的主要铁矿石生产基地。目前，采场最低开采水平已达 250 m，而露天开采的封闭圈标高是 340 m，早已进入凹陷露天开采的时期。

南芬露天铁矿以前未能在采场靠帮爆破中进行预裂爆破的研究与实施，采场边坡几乎每天都要经受50～25t炸药的深孔爆破所产生的爆破震动的考验，爆破震动对边坡的稳定构成了巨大的威胁。自2003年南芬露天铁矿应用预裂爆破以来，降低了采场内生产爆破所产生的爆破震动对边坡稳定性的影响，同时还提高了边坡坡面的平整度，保障了下部作业人员和设备的安全，为矿山采矿生产的顺利进行提供了必要的保障，对露天矿山的可持续发展有着重要意义。实践证明，采用预裂爆破技术可以降低爆破震动效应。而南芬露天铁矿预裂爆破的减震效果怎样? 有必要结合实际情况对现场的生产爆破及预裂爆破的爆破震动进行了现场测试，并进行减震效果分析，为该矿山降震率的大小提供理论依据。以便为矿山采矿生产的顺利进行提供必要的保障，对露天矿山的可持续发展有着重要意义。

1 预裂爆破震动测试

1.1 爆破震动测试仪器

本测试采用的是加拿大Instantel公司生产的爆破震动数据采集仪Minimate Plus。该震动监测仪提供了目前可利用的最先进的监测技术，并配合BlastWare软件进行数据分析。监测仪见图1所示，外接传感器见图2所示。

1.2 测试方法与测点布置

根据采场具体条件，采用对比法进行爆破震动测试，即装药形式相同、药量相同、同一次爆破事件、距离进行等值转换进行测试对比。预裂爆破在上盘中部370水平混合岩台阶进行，一台测试仪布置在预裂面的正后方，另一台震动测试仪布置在主爆区的西侧（见图3）。

（1）图3中W1为预裂面后方的测点（即有预裂面的测点）；W2为无预裂面的测点。

（2）预裂爆区设计情况:

主爆区部分：头排孔距5.0～6.0m，超深2.5m,单孔装药量320～440kg；后排孔距为7.0m×7.0m，超深2.0m,单孔装药量400～550kg；

预裂孔部分：孔距2.7m，超深0.5m，填塞长度3.0～3.5 m，排距2.5 m；采用连续袋装不藕合装药结构；不藕合系数k=3.125；使用岩石乳化油炸药（卷式包装）；药卷规格：Φ80 mm×500 mm、3 kg/卷、ρ=1.15～1.2 g/cm3，线装药密度ρx=6 kg/m，底部1.5 m内增加炸药量QZ=21 kg，预裂孔同时起爆，引爆时间超前缓冲孔100～300 ms。

缓冲孔部分：孔距5.0 m×5.0 m，超深1.5 m，堵塞长度5.5～6 m。采用中部间隔分段装药结构（藕合）；下部药高为3～3.5 m，中间间隔2～3 m，上部药高为2～2.5 m；使用现场混装炸药车制的乳化炸药或多孔粒状铵油炸药；起爆时间在临近的正常爆孔之后，微差时间同正常爆孔。

1.3 爆破震动速度公式

爆破引起地面振动大小，根据中国《爆破安全规程》GB6722286 中的经验公式（即萨道夫斯基公式）计算震动速度：

V=K [Q1/3/R]α

式中：V—振动速度，单位cm/s；

Q—同段起爆药量，单位kg；

R—爆心距，单位m；

K—场地系数；

α—衰减指数；

由上式可知，爆破引起的地面振动大小，除了与炸药量、爆心距有关外，还与K、α值有关。K 和α值取决于爆破方式、传播介质、地形条件等诸因素，其变化范围根据中国有关部门统计α值从0.5 到2.8，K 值从9 到630。

1.4 测试结果与及K值、α值确定

利用（常规）最小二乘法进行K 值和α值的回归计算公式：

（1）X方向降震率的计算，实测数据见表1。

有预裂爆破时实测数据如表2。

表1 X方向参数表

测点号	同段药量Q/kg	爆心距R/m	震动速度V/(cm·s-1)
1	2800	505.25	0.279
2	2800	505.25	0.292
3	3000	158	3.38
4	1080	530	0.241
5	1080	530	0.267
6	1080	530	0.279
7	3400	160	6.63

表2 X方向有预裂爆破时实测数据

测点号	同段药量Q/kg	爆心距R/m	震动速度V/(cm·s-1)
w1	3400	299.8	1.44

利用最小二乘法回归的结果为：K=245.3，α=1.37，在规定范围之内。对于X方向的震速公式可表示为:

V=245.3[Q1/3/R]1.37

X方向理论震速为：

V1=245.3[34001/3/299.8]1.37 =3.01

实测震速：

V1测=1.44cm/s

则预裂爆破的降震率为:

V1-V1测=(3.01-1.44)=52.2%

(2) 同理Y方向预裂爆破的降震率为：36.5%。

(3) 也同理Z方向预裂爆破的降震率为：52.9%。

注：以上X、Y、Z方向的测点号相同但不代表是同一测点，计算降震率过程中用到的实测震速分别为现场震动测试出的具有代表性的相应方向的震速值。

（4）震动监测仪输出的原始波形（见图4）该震动波形为图3中测点W2处所测的爆破震动波形。爆破震动波形图中Long2代表X方向波形，Vert2代表Z方向波形，Tran2代表Y方向波形。

2 预裂爆破减震效果分析

预裂爆破的减震效果单指标评价（即降震率）见表3。

表3 预裂爆破减震效果分析表

震动方向	爆心距(m)	同段药量(kg)	震速(cm/s)		减震效果(%) （降震率）
震动方向	爆心距(m)	同段药量(kg)	无预裂缝	有预裂缝	减震效果(%) （降震率）
X方向	299.8	3400	3.01	1.44	52.2
Y方向	299.8	3400	1.30	0.825	36.5
Z方向	299.8	3400	2.38	1.12	52.9