摘要：分析了礦山爆破工程中爆破振動產生的原因、爆破地震波的特征及傳播規律和影響地震波傳播的因素,指出礦山在爆破施工中為減小爆破振動強度、控制和預防爆破地震效應,應選取合理的爆破參數,充分利用微差技術,改善爆破條件等。
關鍵詞：礦山爆破;地震效應;控制技術;降震措施
1概述
在礦山爆破施工中,因爆破的規模、爆破的方法、爆破自由空間及爆破區域環境條件的不同,爆破所引起的振動、空氣沖擊波、噪音、有毒氣體及露天爆破引起的飛石,對周圍的環境、建(構)筑物、設施和人員將產生不同程度的影響。尤其是爆破振動帶來的危害較為嚴重,它不僅對周圍建(構)筑物結構產生不良影響,更嚴重的是引起礦山與當地村民之間的民事糾紛。目前大多數礦山企業,為避免和減小爆破振動,采取的主要措施就是降低爆破炸藥量。降低了爆破炸藥量,也減少了爆破礦石總量,進而影響了采礦強度和礦山發展中生產規模的提高。因此,研究和分析礦山爆破振動的控制技術及降震措施,是十分必要的,也是礦山發展中確保生產秩序正常的一項重要工作。
2爆破振動與爆破地震波的傳播
2.1爆破振動及爆破地震波的形成由巖石爆破機理知,巖石
爆破“破壞”是一個炸藥能量釋放、傳遞和作功的過程,這個過程非常短暫,只有幾十微秒。在這個短暫的時間中,炸藥包在巖石中爆炸,爆轟作用形成的應力波,由藥包中心即爆炸中心向周圍傳播,先是使鄰近藥包周圍的巖石產生壓碎圈和破裂圈(壓碎圈和破裂圈的大小,由炸藥的品種、數量和巖石的性質決定),形成壓碎圈和破裂圈,這是我們所希望得到的炸藥爆炸的有用功。而當應力波通過破裂圈后,由于它的強度急速衰減,再也不能引起巖石破裂,而只能引起巖石質點產生彈性振動,并以彈性波的形式向外傳播,這種彈性波又叫地震波。爆破地震波傳播到地表,將會引起地表震動,即為爆破振動。由此引起的地面以及地面上的物體產生顛簸和搖晃的現象及后果叫地震效應。爆破振動的發生、傳播,雖然時間很短,但不加控制,帶來的危害很大。
2.2爆破地震波的特點
地震波具有較復雜的波形,但整個波動過程大致可以分為三個部分,(1)初震相;(2)主震相;(3)余震相。如圖所示,主震相振幅最大,所以破壞性也最大。爆破地震波的峰值與裝藥量、至震源的距離有關,并隨之變化而變化。
地震波由若干種波組成,根據波傳播的途徑不同,大致分為主要由縱波與橫波組成的體積波和主要由瑞利波與拉夫波組成的表面波兩種。體積波特別是其中的縱波能使巖石產生壓縮和拉伸變形,它是爆破時造成巖石破裂的主要原因。表面波特別是其中的瑞利波,由于它的頻率低、衰減慢、攜帶較多的能量,是造成地震破壞的主要原因。
2.3地震波的傳播規律及特征
2.3.1地震波攜帶的能量很小炸藥爆炸時,雖然用于破碎巖石的能量只占炸藥爆炸釋放能量的10%～15%,松動爆破時也不超過25%，但轉換成地震波的能量更小,只不過占炸藥爆炸釋放總能量的百分之幾,并隨著巖石性質不同略有差異,在干土中約為2%～3%,在濕土中約為5%～6%,在巖石中約為2%～6%。
2.3.2爆破地震波與自然地震波不同爆破地震和自然地震雖然同屬于能量釋放引起地表振動的現象,但二者有明顯的差異。一是頻率不同,自然地震頻率都很低,爆破地震頻率則較高,從數十至數百赫;二是波的衰減速度不同,自然地震波衰減慢,爆破地震波衰減很快;三是持續時間不同,自然地震常持續達數分鐘之久,而爆破地震持續時間最長也不超過數百毫秒。
2.3.3爆破地震波的頻率與炸藥性質有關實驗說明,炸藥爆炸時所產生的爆破地震波受炸藥性質影響。低爆速炸藥爆轟壓力上升得慢,產生的爆破振動也小，反之,高爆速炸藥爆轟壓力上升得快,產生的爆破振動也大。
2.3.4爆破地震波的傳播受地形地質條件影響爆破地震在堅硬的巖石中傳播較慢,衰減也快,而在松軟的巖石中傳播則快,衰減也慢。爆破地震波在傳播過程中,遇到斷層、裂隙、解理面、采空區、巷道、河谷、山溝時,其裂度明顯降低。
2.3.5爆破地震波的強度與爆破方法和參數有關爆破施工中,采用的爆破方法直接影響著爆破振動的強度。若用齊發或瞬發起爆,產生的爆破振動強度大;采用微差起爆,產生的爆破強度就小。另外,爆破振動強度與爆破藥量、爆破作用指數等參數也有著直接關系。
2.4爆破地震振動強度及判據
2.4.1衡量爆破振動強度的物理量衡量爆破振動強度的物理量是非常復雜的,但是主要的有質點振動位移、質點振動速度和振動加速度等。究竟用哪一種量最能反映爆破振動的強度,到目前,國內外專家的看法還不能統一,但多數人認為選擇質點振動速度為標準比較合適。我國GB6722-86《爆破安全規程》也是按質點振動速度作為判定爆破振動強度的判據。
2.4.2爆破振動物理量的計算大量的研究和實際測試表明,質點振動速度與一次起爆的炸藥量成正比,與至爆源的距離成反比。由于試驗的條件不一樣,各國得到的計算公式也不同,但趨向卻是一致的。當爆破作用指數為1時,我國常用的質點振動速度計算公式〔１〕為:
| R安 = ( | K | ) | 1/α | Qm | (2) |
| V |
