爆破地震效应控制技术在锡矿山锑矿的应用

袁小兵

（锡矿山闪星锑业有限责任公司，湖南冷水江 417500）

爆破地震效应控制技术在锡矿山锑矿的应用

袁小兵

（锡矿山闪星锑业有限责任公司，湖南冷水江 417500）

锡矿山锑矿为安全开采各类残矿和保安矿柱，使用爆破振动记录仪测试了井下爆破振动强度，分析了爆破振动对井下和地表建（构）筑物稳定性影响，预测了爆破振动的安全距离和一次爆破允许的安全装药量，为矿山各类残矿和保安矿柱开采爆破设计提供了依据。

爆破地震；爆破振动；安全距离；安全装药量

锡矿山闪星锑业有限责任公司锑矿开采历史悠久，由于以前采用落后的采矿方法和解放前乱采滥挖，留下了许多残矿有待开采，各类残矿量总矿石量超过150万t。同时，由于当时历史条件的限制，许多工业和民用建筑建设在矿体之上，下覆矿体被划定为保安矿柱，较大规模的保安矿柱有飞水岩矿床的南炼厂保安矿柱、南矿办公室保安矿柱、一号竖井保安矿柱、飞水岩河床保安矿柱、老矿山矿床的五窿道保安矿柱等，总矿石量超过300万t。随着该矿资源的逐渐枯竭，对残矿和保安矿柱资源进行开采势在必行。

该矿矿体为缓倾斜似层状，其开采方法普遍采用空场法，嗣后一次充填处理采空区，落矿方式为浅眼爆破。在浅部老采空区和工业、民用建（构）筑物及设施下开采矿体进行爆破作业，常常会造成地面以及地面上的一切物体产生颠簸和摇晃等爆破地震效应。当爆破地震波的强度达到一定程度时，还可能造成爆区周围的地表或建（构）筑物及设施的破坏。因此，为安全开采残矿和保安矿柱资源，该矿与科研院所和学校合作，实行产学研相结合，对矿山开采过程中产生的爆破地震效应进行系统的观测和研究，以避免爆破对地表和井下结构物产生破坏。

1 爆破地震效应的产生机理及其控制

1.1 爆破地震效应的产生机埋

爆破地震与天然地震一样，都是由于能量释放，并以地震波形式向外传播，引起地表与井下结构物振动而产生的破坏效应。它们造成的破坏程度又都受地形、地质等因素的影响。但天然地震发生在地层深处，其造成破坏的程度主要决定于地震能量（震级）与距震源的远近。爆破地震的装药则是在地表浅层爆炸的，其造成破坏的程度主要决定于装药量与距震源的远近。

当装药在固体介质中爆炸时，爆炸冲击波和应力波将其附近的介质粉碎、破裂（分别形成压碎圈和破裂圈），当应力波通过破裂圈后，由于它的强度迅速衰减，再也不能引起岩石的破裂而只能引起岩石质点产生弹性振动，这种弹性振动是以弹性波的形式向外传播，与天然地震一样，也会造成地面的震动，这种弹性波就称为爆破地震波。

由爆破引起的振动，常常会造成爆破源附近的地面以及地面上的一切物体产生颠簸和摇晃，凡是由爆破所引起的这种现象及其后果均称为爆破地震效应。当爆破地震波的强度达到一定的程度时，可以造成爆区周围的地表或建（构）筑物及设施的破坏。因此，为了研究爆破地震效应的破坏规律，找出减小爆破地震强度的措施和确定出爆破地震的安全距离，需要对爆破地震效应进行系统的观测和研究。

1.2 爆破振动速度与破坏程度的关系

1.2.1 爆破振动强度的衡量标准

爆破地震破坏的强弱程度称为振动强度或振动烈度。振动强度可用地面运动的各种物理量来表示，如质点振动速度、位移、加速度和振动频率等。但是，通过对大量爆破振动量测数据研究后得出，用质点振动速度来衡量爆破振动强度更为合理。

目前我国也和大多数国家一样，以质点振动速度作为衡量爆破振动烈度的判据。一般情况下，把爆破振动速度控制在《爆破安全规程》规定的范围内，可以保证正常结构物不致受到破坏。特殊环境下实施爆破时可以根据结构物的实际抗震能力及设计抗震烈度值来确定其爆破振动速度的极限值。

1.2.2 爆破振动速度与破坏程度关系

岩石开始破坏的振动速度是50～100 cm／s。我国虽未制定统一规程，但有实测数据可供参考（表1），不同振动速度下结构物的破坏程度见表2。

表1 地面最大振动速度υmax与破坏现象的关系

1.2.3 建筑物允许的爆破振动速度及其控制

对于一般的建筑物，许多国家在实际应用中，将“墙壁的抹灰层出现裂缝或脱落”视为“开始破坏”，并以此为标准，规定建筑物允许的振动速度。根据我国房屋建筑的实际情况、建筑材料、结构、新旧状况及破坏程度各不相同，抗震能力差别很大，一律采用5 cm／s进行设防。

爆破振动速度与装药量、距离、土石特性、爆破方法、爆破参数、地形及方向等因素有关，该矿一般情况下把爆破振动速度控制在1 cm／s以内，可以保证任何正常结构物不致受到损坏。为了避免爆破振动对地表建筑物产生破坏性的影响，必须严格按照被保护目标的抗震能力及其爆点的相对距离等确定的单段最大起爆药量进行装药和分段，单段爆破装药量应控制在相应的范围内：10 kg时安全距离为45 m；20 kg时安全距离为65 m；25 kg时安全距离为75 m；30 kg时安全距离为90 m。

表2 不同振动速度下结构物的破坏程度

2 爆破振动试验及结果

2.1 爆破振动试验条件

锡矿山锑矿包括老矿山、童家院、飞水岩及物华等四个工业矿床，矿体赋存于上泥盆统佘田桥组（D3S2）灰岩段、砂岩段和中泥盆统棋梓桥组（D2q）灰岩段的硅化灰岩中，呈多层的似层状、侧羽状产出，f＝10～20；上覆顶板为厚层或夹层页岩，f＝3～4。赋存矿体的硅化灰岩，一般致密坚硬，稳固性好，但在断层附近，岩溶（空洞）发育，岩石破碎呈半胶结状态，赋存矿体部位还存在层间破碎带和矿石的溶蚀空洞，而且上覆为钙质页岩与泥晶灰岩互层的软弱层，稳定性差，易发生板状坍塌冒落等工程问题，属中等类型岩体。

试验地点选择在锡矿山锑矿老矿山矿床五窿道58～64号勘探线之间的探矿巷道内。其试验条件与工业生产条件相同，以使试验获得的结果能为采矿爆破设计提供直接的依据。

试验巷道位于矿体下盘，围岩为灰岩或硅化灰岩，岩石致密坚硬，抗压强度79.36～100.12 MPa。64线处爆破点距离地表约94 m，58线与60线之间爆破点距离地表约98 m。地表有公路、水沟、小溪和大量工业和民用建筑，密集程度大。

2.2 爆破振动试验方案设计

2.2.1 地表试验装置

地表试验装置位于井下爆破点的正上方。试验采用四川拓普数字设备有限公司的UBOX－20016爆破振动记录仪，试验装置如图1所示。

图1 UBOX－20016型爆破振动记录仪测试系统图

爆破振动信号的测试是通过振动信号自记仪UBOX－20016。该仪器自带电池，不需外接电源，与传感器相连放在测点处，经过简单的程控参数设置后启动信号采集，当爆破地震波信号传来时，自动记录下整个动态波形，然后可通过USB接口与笔记本电脑连接，利用提供的配套软件进行数据处理和分析。为了测试到每次爆破各个微差段的爆破振动效应，设置为信号自动采集，提前预定的爆破时间2 min启动测试系统。

2.2.2 井下爆破试验方案设计

井下爆破试验设计选择探矿平巷掘进爆破，平巷规格为2×2 m2，使用YT－27气腿式钻机钻凿炮孔，孔深1.8 m，孔径38～46 mm，采用中空五眼桶形掏槽方式，炮孔个数为17～19个，其炮孔布置如图2、图3所示。

图2 试验1、3炮孔布置图

图2中，1～9号孔为掏槽眼与辅助眼，10～17号孔为周边眼。图3中，1～11号孔为掏槽眼与辅助眼，12～19号孔为周边眼。

图3 试验2、4炮孔布置图

每个试验点分两次爆破测试，首先是巷道掏槽眼与辅助眼的爆破测试，然后是周边眼的爆破测试。爆破使用2＃岩石乳化炸药，掏槽眼装药系数为90%左右，辅助眼装药系数60%～75%，周边眼装药系数为50%～65%，用含砂的黄泥进行炮孔填塞，填塞长度不少于0.2 m。起爆采用导爆管非电半秒延时雷管簇联一次点火。

2.2.3 测试结果

在TOPVIEW2000中通过增加分析窗按钮对波形数据进行分析，增加一波形分析显示区，同时也可通过减少分析窗按钮减少分析窗口。通过计算机TOPVIEW2000所测试的爆破振动试验参数见表3。

表3 爆破振动试验参数

3 结 论

1.爆破作业时，在距离大于90 m所测试到的最大纵向振速小于0.1 cm／s，纵向加速度小于0.05 g。根据《爆破安全规程》（GB 6722－2011）规定的爆破振动安全允许标准，在距离大于90 m时的爆破振动对结构物没有破坏影响。

2.严格按照被保护目标的抗震能力及其与爆点的相对距离等确定的一段（次）最大起爆药量进行装药和分段，单段爆破装药量应控制在相应的范围内：10 kg时安全距离为45 m；20 kg时安全距离为65 m；25 kg时安全距离为75 m；30 kg时安全距离为90 m。把爆破震动引起的地面质点振动速度控制在周围需保护设施所允许的振动速度（即安全震动速度）以下，确保被保护目标的安全。

3.利用或创造减振条件。地形和地质条件是影响爆破地震强度的一个重要因素，药量、距离和传播介质相同时，低于装药的地面，振动强度小；高于装药的地面，振动强度大。爆破地点与被保护目标之间存在的沟、壕、坑以及岩石内部存在的裂隙等都有一定的减振作用。因此，在爆破地点与被保护目标之间可开挖防震沟；在同一爆破体上爆破其中一部分而保留另一部分时，可用预裂爆破首先在两部之间形成预裂缝。

［1］ 王运敏.现代采矿手册［M］.北京：冶金工业出版社，2011.

［2］ 刘翼，傅建秋，魏晓林.5 500 t硐室大爆破对边坡的破坏影响分析［J］.采矿技术，2009，9（1）：117－119.

［3］ 熊代余，顾毅成.岩石爆破理论与技术新进展［M］.北京：冶金工业出版社，2002.

［4］ 张永哲.爆破地震波传播特性研究［J］.爆破，2000，17（S）：6－10.

［5］ GB6722－2011，爆破安全规程［S］.

Blasting Seism ic Effect Control Technology Applied in the Hikuangshan Antimony Deposits

YUAN Xiao-bing
（Hikuangshan Twinkling Star Antimony Industry Co.，Ltd.，Lengshuijiang 417500，China）

Hikuangshan Twinkling Star Antimony Industry Co.Ltd applies blasting seismic effect contron technology for safetymining various types of remnant ore and security pillar.The contron technology based on blasting vibration recorder tested underground blasting vibration strength，analyzed blasting vibration on the underground and surface construction（structures）stability，and predicted blasting vibration safe distance and safe loading dose once blasting allows，which provided the blasting design basis for all types of remnant oremining and security pillarmining.

blasting earthquake；blasting vibration；safe distance；safe loading dose

TD235.3

：A

：1003－5540（2014）05－0004－03

2014－07－09

袁小兵（1971－），男，工程师，主要从事矿山地质技术与管理工作。