２０１０年第３１卷第６期 水泥矿山爆破振动的监测与分析 郭正勇 ，金书明 ，李吉民２，万里鹏２ （１．兖州中材建设有限公司，兖州２７２１００；２．武汉理工大学资环学院，武汉４３００７０） 摘 要： 某水泥矿山附近有村庄和石砌危房，为确保爆破引起的振动强度小于石砌房屋的抗震能力和指导矿山安 全生产进行了爆破震动测试。根据所测数据回归出了保护方向的爆破地振波传播规律和Ｋ、０ｔ值，并通过质点振动速 度数据和爆区的推进情况，提出了后续爆破参数的改进和优化建议，为矿山爆破提供技术上的支持。 关键词： 水泥矿山； 中深孔爆破； 振动测试； 回归分析 Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｂｌａｓｔｉｎｇ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｎ Ｃｅｎｍｅｎｔ Ｍｉｎｅ ＧＵＯ Ｚｈｅｎｇ－ｙｏｎｇ ，， Ｓｈｕ—ｕｒｉｎｇ ，ＬＩ Ｊｉ—ｒｕｉｎｇ ，ＷＡＮ Ｌｉ—ｐｅｎｇ （１．Ｙａｎｚｈｏｕ Ｓｉｎｏｍａ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｃｏ Ｌｔｄ，Ｙａｎｚｈｏｕ ２７２１００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００７０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｒｅｓｉｄｅｎｔｓ ｏｆ ｖｉｌｌａｇｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｄａｎｇｅｒｏｕｓ ｓｔｏｎｅ ｈｏｕｓｅｓ ａｒｅ ｎｅａｒ ｔｈｅ ｃｅｍｅｎｔ ｍｉｎｅ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ａｒｅａ，ｔｅｓｔｉｎｇ ｂｌａｓｔ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｔｏ ｅｎ￣ｕｒｅ ｔｈａｔ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｃｉｔｅｄ ｓｅｉｓｍｉｃ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｌｅｓＳ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｓｔｏｎｅ ｈｏｕｓｅｓ ａｎｄ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｆｏｒ Ｓａｆｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ｍｉｎｅｓ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｔｅｓｔ ｄａｔａ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｔｏ ｄｉｓｃｏｖｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｌａｓｔ— ｉｎｇ ａｎｄ Ｋ，口，ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｄａｔａ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ａｒｅａ ｔｏ ｐｒｏｍｏｔｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｐｒｏｐｏｓｉｎｇ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｆｕｒ— ｔｈｅｒ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｕｐｐｏｒｔ ｔｏ ｔｈｅ ｍｉｎｅ ｂｌａｓｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｃｅｍｅｎｔ ｍｉｎｅ；ｄｅｅｐ ｈｏｌｅ ｂｌａｓｔ； ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ； ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ 随着我国基础建设的发展，爆破工程在水泥矿 近南北向，褶皱、断裂均较发育。区内岩浆岩不发 山中得以广泛应用，同时各种复杂的爆破环境也日 育，仅见两处规模不大的基性岩脉。 益增多，爆破振动引起的民事诉讼也越来越多，影响 矿区地层以寒武系中统为主，馒头组上段至张 矿山的正常生产。为了防止爆破振动对建筑物的可 夏组地层呈连续分布。区内地层有上元古届新兴组 能产生的损伤影响，保证正常生产，有必要进行爆破 （Ｐｔ３ｘ）、巨山组（Ｐｔ３ｊ）为滨海相砂岩、页岩，寒屋系 振动监测，用以指导爆破作业ｎ，２］。并根据同一地 至奥陶系下统为近岸浅海相含碎屑碳酸盐岩。上元 区的工程实测资料，进行分析、探讨不同条件下爆破 古届主要分布于区域东南角，以及张家林南侧和檀 振动衰减公式的变化规律，得出最大一段装药量的 山东侧，奥陶系主要分布于乌鸦山北侧，下孔家至留 安全值。 武湖一线等；寒武系在本区广泛外露。另外在城子 １ 工程概况 湖、留武湖、川黑湖、孑Ｌ家粘土矿至后象一带有第四 系（Ｑ４）分布。 １．１爆区地质条件及环境 矿山除东北方有前象村外，其他均较开阔，环境 江苏省铜山县柳泉乡焦山矿区水泥灰岩矿矿区 较好。前象村村屋以砖混结构为主，有少量的砖瓦 位于淮阴山脉东北段，徐州弧形构造带中部。属华 房和极个别石砌房屋，需重点保护。爆区环境示意 北准地台。主体构造线呈南南西一北北东向，局部 图如图１所示。 ４５ ２０１０年第３１卷第６期 ３段导爆管雷管接力，单孔单响，电力起爆。最大一 段起爆药量１１２．０５ ｋｇ，总装药量３ ５６０ ｋｇ。 ２测点布置与测试数据 测点数目及测点位置主要取决于测试的目的和 现场条件等因素确定Ⅲ３ Ｊ，能反映振动的变化规律，测 点布置在爆区至前象村之间，平行布置两条测线，第 图１爆破环境不意图 １条测线布置８个测点，第２条布置７个测点，２条测 １．２工程简介 线相距６０ ｍ，另外在重点保护房屋处布置３个测点。 目前矿区采用中深孔台阶爆破法。待测爆区为 测试仪器分别采用成都中科动态仪器有限公司 １８５ ｍ采准工作面，西南走向布置，最小抵抗线背向 最新研制生产目前国内最先进的ＴＣ一４８５０以及ＴＧ 村庄。此次爆破共４１个炮孔，其中声９０孔２０个， ３８５０爆破振动仪及配套的速度传感器，可实现多通 １２０孔２１个；孔深１７ ｍ；其中９Ｏ孔距３～３．５ ＩＹｌ， 道数据采集、存储和分析。在农田区域采用ＴＣ一 排距４ ｍ，堵塞３ ｍ；１２０孔距４～５ ｍ，排距５ ｍ，堵 ３８５０爆破振动仪，在居民区采用ＴＣ ４８５０爆破振动 塞３．５ ｍ。梅花形布孔方式。爆破采用孔外毫秒微 仪，测试仪器均与平台紧密接触。表１～表３列出 差起爆网路，孔内采用单发９段导爆管雷管，孔外用 了每条测线上测试结果值，波形图见图２～图４。 表１第１条测线测试数据 ＾ ●－ ＾ Ｉ ．０． ．．＾． － ＾ Ｉ。 ． ４ Ｉ ¨ｆ ．ｆ ｆ． 。０． ＾． ． ＾＾ 。脑 ． －ｈｌ、。ｌ Ｉ１．，、 ＾ ／ 肿 １ ／Ｌ．Ｉ１Ｉ． ． ＼＾，。 １ ｎ．＾ＡＡ Ｖ Ｊ Ｖ’ ’ ¨Ｙ’ ．ｎ一。 ｆ＼ Ｕ Ｙ’ｒ’ 。 ｆ １ 。 ‘＼’ ’ ＼ Ｖ Ｖ Ｖ Ｖ。’ ： １ １ ｙ ｌ Ｖ ９９２．４９ ０．００ ｌ￣ｏ．ｏｏ ２６００．００ ３ｏ６ｏ．ｏｏ ４０００６０ ５０００．００ ６０００．００ ７０００．００ ８ｏｏｏ．ｏｏ ９０００．００ １ｏｏｏｏ．ｏｏ １１ ｏｏｏ．ｏｏ １２０８３．２０ Ｔｉｍｅ（Ｐｔ） 图２第１条测线农田测点典型波形图（ＴＤ３８５０） ４６ ２０１０年第３１卷第６期 表３村屋测点数据 １５Ｏ．Ｏ ｌＯ０．０ ５０．Ｏ ０．０ Ｉ 丰 ｌ｝ 士 ．ｌＩ ｜ Ｌ ｈ Ｉ＾ ＾ 肿 已《 一５０．０ ｇ一１００．０ １５０．Ｏ ● ｜ Ｉ ２００．０ １ ２６ｎ３１ ｎ００ ｌ ０００』）０ ２００ｏ．００ ３０００．００ ４０００．００ ５∞０．００ ６０００．００ ７０１３０．００ ８０００．￣Ｔｌｎｅ（ｉＰ￡ ９０００．￣１００００．０ｏ１１ ０００．￣１２０３５．９４ 图３第２条测线农田测点典型波形图（ＴＣ一３８５０） ０．６８ ０．５０ Ｏ．２５ ０．００ ｇ ÷ 一 － ！＝： ｔ － ｒ ｝ ！一 ｛Ｉ●’’－１ ｌ１ ， Ｏ．２５ ０．５０ ０．３８ ０．４０ Ｏ·４２ ０·４４ Ｏ·４６ ０．４８ ０·４９ 图４居民房测点典型波形图（ＴＣ．４８５０） ３爆破震动衰减规律探讨 爆破震动衰减规律一般以萨道夫斯基公式 ］ 表征 Ｖ＝Ｋ·（Ｑ 邝／Ｒ）ａ 式中，Ｒ为爆心与测点的距离，ｍ；Ｑ为延时爆破最 ４７ 大一段装药量，ｋｇ；Ｖ为测点振动速度，ｃｍ／ｓ；Ｋ、ｄ 为与爆心至测点间的地形、地质条件有关的系数和 衰减指数。 将表１中的数据按垂向、水平径向划分，采用萨 道夫斯基经验公式分别进行回归统计。通过对２条 测线的数据回归，得出第２条测线的Ｋ、 值超出了 规范中的范围。根据现场地形发现，各测点的高程 有所差别，且２—５与２－６距离相差较远，由于质点震 动能量由下向上传播，而在向上的传播过程中有放 大作用，可能导致数据不够连续而失真，但是第２条 测线的数据可以为第１条测线的数据提供参照。 １－４与２－４的垂向相差较大，通过回归验算 ］，１－４为 真数据。因此对测试数据进行了离差分析及相关 性、显著性检验，剔去部分异常数据 Ｊ，得出Ｋ、ａ 值如下 垂直方向 Ｋ＝２３８，口＝１．５８ 水平径向 Ｋ＝２４７，ａ＝１．５２ 所以在１８５ ｍ采准爆破中的爆破地震波朝前象 村的传播规律可用下式表示 ｖ垂直 ８（ ）¨８ 平向：２４７（ ） ４ 结 论 ａ．目前，各国标准中规定地面建筑物的爆破振 动判据，都是采用质点峰值振动速度和主振动频 率［ 圳。根据现行规范，对前象村居民房屋的影响 采用频率．峰值质点振动速度相关联的双因素评价 指标进行评估，得出爆破地震波衰减规律和最大一 段安全起爆药量控制值，为预测矿山生产爆破震动 ４８ ２０１０年第３１卷第６期 强度和采取防震、降震措施提供了依据。 ｂ．前象村居民房屋存在少量的毛石危房等，且 有些房屋已经出现明显裂缝，为确保这类房屋的绝 对安全，对前象村居民房屋取安全振速［ ］＝０．３ ｃｍ／ｓ，计算得出药量为２１９ ｋｇ，矿山爆破的最大一 段起爆药量必须控制在２１９ ｋｇ以内，并实施微差爆 破。 Ｃ．同时，矿山生产爆破是一个长期的过程，爆破 振动累积效应所可能带来的危害也应引起重视。 参考文献 ［１］顾毅成．对应用爆破振动计算公式的几点讨论［Ｊ］．爆 破，２００９，２６（４）：７８—８０． ［２］沈珊珊．某矿山爆破地震效应监测与分析［Ｊ］．有色金 属（矿山部分），２０１０，６２（２）：５６．５８． ［３］梁开水，赵翔，石斌宏，等．华新宜昌水泥石灰石矿爆 破振动监测与分析［Ｊ］．中国水泥，２００６（２）：８７．８９． ［４］王玉杰．爆破工程［Ｍ］．武汉：武汉理工大学出版社， ２００７． ［５］ 苏 贺，汪海波，宗 琦．临近建筑物基坑岩石松动爆 破振动监测［Ｊ］．爆破，２００９，２６（２）：９９—１０１． ［６］吴剑峰，王秀杰．水岙门山开挖爆破安全监测分析［Ｊ］． 爆破，２００９，２６（３）：９８—１００． ［７］ 祝文化，宋成梓，陈卫雄，等．复杂环境下地铁车站基 坑爆破振动效应的试验研究［Ｊ］．爆破，２００９，２６（２）： １００—１０２，１０７． ［８］ＧＢ６７２２—２００３，爆破安全规程［ｓＪ． ［９］ 高富强，侯爱军，样小林，等．基于量纲理论的爆破振动 频率分析［Ｊ］．爆破，２０１０，２７（３）；１－３，８． 收稿日期：２０１０—０９—１６． 作者简介：郭正勇（１９６６一），高级工程师 Ｅ ｍａｉｌ：Ｇｕｏｚｈｅｎｙｏｎｇ＠ｓｉｎｏｍａ．ｃｎ
