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矿山爆破振动控制技术与降震

www.cechina.cn2009.07.07阅读 6212

  1 概述
  在矿山爆破施工中,因爆破的规模、爆破的方法、爆破自由空间及爆破区域环境条件的不同,爆破所引起的振动、空气冲击波、噪音、有毒气体及露天爆破引起的飞石CONTROL ENGINEERING China版权所有,对周围的环境、建(构)筑物、设施和人员将产生不同程度的影响。尤其是爆破振动带来的危害较为严重,它不仅对周围建(构)筑物结构产生不良影响,更严重的是引起矿山与当地村民之间的民事纠纷。目前大多数矿山企业,为避免和减小爆破振动,采取的主要措施就是降低爆破炸药量。降低了爆破炸药量控制工程网版权所有,也减少了爆破矿石总量,进而影响了采矿强度和矿山发展中生产规模的提高。因此,研究和分析矿山爆破振动的控制技术及降震措施,是十分必要的,也是矿山发展中确保生产秩序正常的一项重要工作。
  2 爆破振动与爆破地震波的传播
  2.1 爆破振动及爆破地震波的形成由岩石爆破机理知,岩石
  爆破“破坏”是一个炸药能量释放、传递和作功的过程,这个过程非常短暂,只有几十微秒。在这个短暂的时间中,炸药包在岩石中爆炸,爆轰作用形成的应力波,由药包中心即爆炸中心向周围传播,先是使邻近药包周围的岩石产生压碎圈和破裂圈(压碎圈和破裂圈的大小,由炸药的品种、数量和岩石的性质决

定),形成压碎圈和破裂圈,这是我们所希望得到的炸药爆炸的有用功。而当应力波通过破裂圈后

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,由于它的强度急速衰减,再也不能引起岩石破裂,而只能引起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。由此引起的地面以及地面上的物体产生颠簸和摇晃的现象及后果叫地震效应。爆破振动的发生、传播,虽然时间很短,但不加控制,带来的危害很大。
  2.2  爆破地震波的特点
  地震波具有较复杂的波形,但整个波动过程大致可以分为三个部分,(1)初震相;(2)主震相;(3)余震相。如图所示,主震相振幅最大,所以破坏性也最大。爆破地震波的峰值与装药量、至震源的距离有关,并随之变化而变化。

爆破地震波波形图


  爆破地震波波形图


  地震波由若干种波组成,根据波传播的途径不同,大致分为主要由纵波与横波组成的体积波和主要由瑞利波与拉夫波组成的表面波两种。体积波特别是其中的纵波能使岩石产生压缩和拉伸变形,它是爆破时造成岩石破裂的主要原因。表面波特别是其中的瑞利波,由于它的频率低、衰减慢、携带较多的能量www.cechina.cn,是造成地震破坏的主要原因。
  2.3 地震波的传播规律及特征
  2.3.1 地震波携带的能量很小  
  炸药爆炸时,虽然用于破碎岩石的能量只占炸药爆炸释放能量的10%~15%,松动爆破时也不超过25%,但转换成地震波的能量更小,只不过占炸药爆炸释放总能量的百分之几,并随着岩石性质不同略有差异,在干土中约为2%~3%,在湿土中约为5%~6%,在岩石中约为2%~6%。
  2.3.2 爆破地震波与自然地震波不同
  爆破地震和自然地震虽然同属于能量释放引起地表振动的现象,但二者有明显的差异。一是频率不同,自然地震频率都很低,爆破地震频率则较高,从数十至数百赫;二是波的衰减速度不同,自然地震波衰减慢,爆破地震波衰减很快;三是持续时间不同,自然地震常持续达数分钟之久,而爆破地震持续时间最长也不超过数百毫秒。
  2.3.3 爆破地震波的频率与炸药性质有关
  实验说明,炸药爆炸时所产生的爆破地震波受炸药性质影响。低爆速炸药爆轰压力上升得慢,产生的爆破振动也小,反之,高爆速炸药爆轰压力上升得快,产生的爆破振动也大。
  2.3.4 爆破地震波的传播受地形地质条件影响爆破地震在坚硬的岩石中传播较慢,衰减也快,而在松软的岩石中传播则快CONTROL ENGINEERING China版权所有,衰减也慢。爆破地震波在传播过程中,遇到断层、裂隙、解理面、采空区、巷道、河谷、山沟时,其裂度明显降低。
  2.3.5 爆破地震波的强度与爆破方法和参数有关  爆破施工中,采用的爆破方法直接影响着爆破振动的强度。若用齐发或瞬发起爆控制工程网版权所有,产生的爆破振动强度大;采用微差起爆,产生的爆破强度就小。另外,爆破振动强度与爆破药量、爆破作用指数等参数也有着直接关系。
  2.4 爆破地震振动强度及判据
  2.4.1 衡量爆破振动强度的物理量衡量爆破振动强度的物理量是非常复杂的

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,但是主要的有质点振动位移、质点振动速度和振动加速度等。究竟用哪一种量最能反映爆破振动的强度

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,到目前CONTROL ENGINEERING China版权所有,国内外专家的看法还不能统一控制工程网版权所有,但多数人认为选择质点振动速度为标准比较合适。我国GB6722-86《爆破安全规程》也是按质点振动速度作为判定爆破振动强度的判据。
  2.4.2 爆破振动物理量的计算大量的研究和实际测试表明,质点振动速度与一次起爆的炸药量成正比,与至爆源的距离成反比。由于试验的条件不一样,各国得到的计算公式也不同,但趋向却是一致的。当爆破作用指数为1时,我国常用的质点振动速度计算公式〔1〕为:
  V = K(Qm)α     (
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