台阶爆破精确起爆振动特性研究.pdf

第2 7 卷第2 期 2 0 1 0 年6 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 ．2 7N o ．2 J u n ．2 0 1 0 D O I 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 4 8 7 X ．2 0 1 0 ．0 2 ．0 0 4 台阶爆破精确起爆振动特性研究水 赵根 长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室，武汉4 3 0 0 1 0 摘要采用数码雷管起爆技术进行了深孔台阶爆破精确起爆试验，并进行了爆破振动测试。通过对实测 爆破振动波形的分析，分析了爆破振动特性，探讨了爆源的空间位置对振动特性的影响，提出了深孔台阶爆 破精确起爆的合理段间时差建议值。 关键词台阶爆破；精确起爆；爆破振动；段间时差 中图分类号T D 2 3 5 ．1 2文献标识码A文章编号1 0 0 1 - 4 8 7 X 2 0 1 0 0 2 0 0 1 4 0 4 R e s e a r c ho nV i b r a t i o nC h a r a c t e r i s t i c so fB e n c h B l a s t i n gu n d e rP r e c i s eD e t o n a t i o n z H A 0C , e n K e yL a b o r a t o r yo fG e o t e c h n i e a lM e c h a n i c sa n dE n g i n e e r i n go ft h eM i n i s t r yo fW a t e rR e s o u r c e s ， C h a n g j i a n gR i v e rS c i e n t i f i cR e s e a r c hl n s t i t u t o ，W u h a n4 3 0 0 1 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h ed i t a ld e t o n a t o r sd e t o n a t o rt e c h n o l o g yw a st a k e nt op r e c i s ed e t o n a t i o nt e s ti nd e e p h o l eb e n c h b l a s t i n ga n dm o n i t o r e db l a s t i n gv i b r a t i o n ．T h r o u g ha n a l y z e dt h ew a v e 正o I T no ft h em o n i t o r e dr e s u d sa n di t se h a r a e t e r i s - t i c ，t h ei n f l u e n c eo fe x p l o s i v es o u r c el o c a t i o nt ov i b r a t i o nW a sd i s c u s s e da n dt h e nt h er e a s o n a b l et i m ei n t e r v a lo fp r e e i s ed e t o n a t i o ni nb e n c hb l a s t i n gW a sp r o p o s e d ． K e yw o r d s b e n c hb l a s t i n g ；p r e c i s i o nd e t o n a t o r ；b l a s t i n gv i b r a t i o n ；t i m ed i f f e r e n c eb e t w e e np a r a g r a p h 0 引言 。 爆破振动作为爆破安全控制的重要指标，一直 是大家比较关注的内容，相应开展的研究工作也比 较多，但由于雷管起爆误差的影响，使得爆破产生的 振动波形难以在时间、空间上与起爆源之间建立很 好的一一对应关系。因而在爆破振动回归分析中， 振动速度与单段药量、爆源位置的关系无法准确确 定，往往以最大振动速度对应最大单段药量、以整个 爆区的几何中心代替产生最大振动速度的爆源位 置，由此建立的爆破振动回归公式，其准确性是难以 收稿日期2 0 0 9 一l O 一2 9 作者简介赵根 1 9 6 5 一 ，男，教授级高级工程师．博士，从事工程爆 破科研、设计、咨询工作，E - m m l w u h _ z h a o g e n 1 2 6 ．t o m 。 基金项目“十一五”国家科技支撑计划课题 2 0 0 8 B A B 2 9 8 0 1 - 4 ；长 江科学院基金项目 Y W F 0 9 1 2 、C K S Y 2 0 1 0 0 1 9 保证的。在波形特征分析中，由于相邻段的爆破振 动波形相互干扰，容易产生错误判断，得出不准确的 结论，因而对起爆网路段间时差的设计、单段药量的 控制等产生不利影响。通过深孔台阶爆破精确起爆 试验，对爆破振动波形特性进行分析，探讨爆源的空 间位置对振动特性的影响，提出了深孔台阶爆破精 确起爆的合理段间时差建议值引。 1 深孑L 台阶爆破精确起爆试验 深孑L 台阶爆破精确起爆试验在某水利水电工程 的料场进行，爆区岩性为斑状花岗岩，爆破参数如下 钻孔直径乖1 0 5m m ，孔距为5m ，排距为4m ，台阶高 度为1 21 1 1 ，孔深为1 3 ．5m ，每排6 个炮孔，布置了4 排，装药长度为9 ．5m ，采用易普力公司生产的高威力 混装乳化炸药，堵塞长度为4 ．01 2 1 ，用岩粉堵塞，单孔 万方数据 第2 7 卷第2 期赵根台阶爆破精确起爆振动特性研究 1 5 装药量1 0 8k g ，每个炮孔底部放置l 枚起爆弹。 采用数码雷管起爆网路，按常规毫秒顺序爆破 的孔间、排间起爆名义延期时间精确设置。炮孔布 置及起爆网路延期时间见图l 。 爆破试验时进行了振动测试，典型的振动测试 波形见图2 。 7 5 O 1 4 0 o 2 0 5 O 2 7 0 O 5 0 O 1 1 5 o 1 8 0 O 2 4 5 o 2 5 o 9 0 o 1 5 5 o 2 2 0 O o o 6 5 o 1 3 0 o 1 9 5 o 图l 爆破试验炮孔布置及起爆延期时间 单位m s 图2 爆破试验爆破典型振动测试波形 2 精确起爆网路段间时差 在起爆网路设计中，采用单孔单段起爆，分2 4 段，孔间延期时间为2 5m s ，排间延期时间为6 5m s ， 但在整个起爆网路中，实际相邻的段间时差却在5 2 5m s 之间变化，总延期时间为3 2 0m s ，按延期时 间大小进行分段排序，各炮孔分段雷管延期时间与 相邻段间时差见表1 。 3 精确起爆振动波形特性分析 爆破振动幅值、周期、持续时间是需要重点分析 的3 个要素，根据实测波形，分别加以论述。 3 ．1 爆破振动幅值分析 一般而言，每一个单段药量爆破应有一个振动 幅值，但常规的起爆网路难以建立这样的一一对应 关系，而数码雷管精确起爆技术可以实现这样的对 应关系。从测试波形中可以比较清晰地看出，在分 段时间足够长的情况下，每段爆破产生的振动一般 经历3 个周期即基本衰减结束，相应地对应有3 个 振动幅值。为叙述方便，将这3 个周期的振动定义 为主振与次振 次振分第1 次振和第2 次振 。爆 破振动幅值的计算通常有2 种方法，即半波幅法和 全波幅法。当相邻的段间时差比较小，有的单段药 量产生的振动波形只持续1 ～2 个周期即叠加于相 邻段的波形上，而且有些次振波形只出现在中轴线 的下方，为便于主振幅值与次振幅值的大小比较，选 取至少有1 个次振、分段波形清晰的单段药量爆破 产生的波形，采用全波幅值法来进行研究。精确起 爆振动波形的主振、次振幅值及其幅值比较见表2 ， 从表2 中可以看出第1 次振的幅值大小仅占主振 幅值的0 ．1 4 0 ．2 8 ，即第1 次振幅值的最大值不超 过主振幅值的1 ／3 ；第2 次振的幅值大小仅占主振 幅值的0 ．0 4 ～0 ．1 1 ，即第2 次振幅值的最大值约占 主振幅值的1 ／1 0 。 表1 各炮孔分段雷管延期时间与相邻段间时差 分段序号 1 2345678 雷管延期时间／m s 02 55 06 57 59 01 0 01 1 51 2 51 3 01 4 01 5 5 相邻段问时差／瞄 ／2 52 51 51 01 51 01 51 051 01 5 分段序号 1 31 41 51 61 71 81 92 02 12 22 32 4 雷管延期时间／m s 1 6 51 8 01 9 0 1 9 5 2 0 5 相邻段间时差／m s 1 01 51 051 5 2 2 0 2 3 02 4 52 5 5 2 7 0 2 9 53 2 0 1 5 1 0 1 5 1 0 1 52 52 5 3 ．2 爆破振动周期分析 为便于次振周期与主振周期的比较，以2 倍的 振动波形上、下峰值到达时刻的差值作为该峰值的 振动周期，并选取至少有1 个次振、分段波形清晰的 单段药量爆破产生的波形进行分析。精确起爆振动 波形的主振、次振周期见表3 ，从表3 中可以看出 主振周期在5 ．8 8 ．8I l l s 之间，平均值为7 ．6m s ；第 1 次振的周期在5 ．0 1 0 ．6m s 之间，平均值为6 ．9 m s ；第2 次振的周期在2 ．8 7 ．8m s 之间，平均值为 5 ．4m s 。 m o m o 瑚。拼。一5 一 协o m o 猫旬渤电k J 疆 万方数据 1 6爆破2 0 1 0 年6 月 3 ．3 爆破振动持续时间分析 爆破振动持续时间一般指整个爆破从振动产生 开始至结束的时间间隔，该持续时间与爆破规模有 关，并没有一个确定的数值，因此，本文研究的则是 单段药量爆破产生的振动持续时间。 单段药量爆破产生的振动持续时间与振动周期 数量有关，根据试验测试波形分析，单段药量爆破产 生的振动一般持续3 个周期即基本结束，因此，其振 动持续时间为3 个振动周期之和，从表3 中可以看 出，单段药量爆破振动持续时间在1 6 ．4 2 1 ．4l I l 8 之间，平均值为1 9 ．2i n s 。 表3 精确起爆振动波形的主振、次振周期 4 爆源空间位置对爆破振动的影响 4 ．1 爆源空间位置对爆破振动幅值的影响 爆源的空间位置主要是指炮孔在爆区内的平面 分布，由于各炮孑L 离爆区边界距离的不同，当在离爆 区边界相同距离进行测量时，各炮孔内的炸药爆破 产生的振动幅值将明显不同，表4 为爆破试验时在 爆区侧向测得的爆破振动速度。 从表4 可以明显看出相同的单段药量爆破，距 测点远的振动速度明显低于距离近的振动速度。而 事实上，一般在排除临空面、地质因素等影响的情况 下，相同的单段药量爆破在距离相同的位置产生的 振动速度应相同，由此可构建一个主要受单段药量 控制的爆区振动速度场。当然，如通过各方向的振 万方数据 第2 7 卷第2 期赵根台阶爆破精确起爆振动特性研究 1 7 雷管延期时间／m s 02 55 06 57 5 9 0 1 0 0 1 1 51 2 5 1 3 0 1 4 01 5 5 主振峰值／ m m 8 叫 2 1 ．2 01 7 ．0 02 8 ．7 07 ．8 73 6 ．2 02 5 ．1 04 4 ．9 0 2 8 ．9 06 6 ．2 0 5 ．5 04 8 ．5 0 一0 ．9 0 分段序号 1 31 41 51 61 71 81 92 02 12 22 3 2 4 4 ．2 爆源空间位置对段间时差的影响 由于单段药量空间位置的不同，当爆破产生的 地震波在岩石中传播时，其传播时间将对相邻段的 实际段间时差产生影响，从而影响设计时差的实际 延期效果。表5 为爆破试验由于单段药量空间位置 对相邻段时差产生的影响，在长3 0n l 、宽1 6m 的爆 破试验区范围内，相邻段延期时间与设计值相比，最 大缩短值为3 ．Im s ，最大增加值为3 ．7m s ，这在延 期时间间隔较短的毫秒顺序爆破中，足以使相邻段 的振动波形发生叠加。 表5 爆破试验单段药量空间位置对相邻段时差产生的影响 5 合理段间时差分析 从振动幅值不叠加的角度分析，相邻段的间隔 时间应至少确保爆破主振幅值不发生叠加；尽管第 1 次振、第2 次振的幅值大小分别仅占主振幅值的 0 ．1 4 0 ．2 8 和0 ．0 4 ～0 ．1 l ，在振动速度控制要求较 严格或主振幅值已接近控制标准的情况下，相邻段 的间隔时间应确保爆破主振幅值不与第1 次振或第 2 次振的幅值发生叠加。这是合理段间时差设计的 基本原则。 从爆破振动周期及持续时间角度分析，深孔台 阶爆破的主振周期在5 ．8 8 ．8m s 之间，平均值为 7 ．6m s ，因此，相邻段间时差应大于主振周期的平均 值，即深孔台阶爆破相邻段问时差的极小值应为8 m s 。为确保爆破主振幅值不与第1 次振的幅值发 生叠加，相邻段间时差应大于主振周期与第1 次振 周期之和的平均值，而主振与第1 次振的周期之和 在1 2 ．8 1 8 ．4m s 之间，平均值为1 4 ．5n l s ，因此，相 邻段间时差应大于主振与第1 次振的周期之和的平 均值，即深孔台阶爆破相邻段间时差最小值范围的 下限应为1 5m s 。为确保爆破主振幅值不与第2 次 振的幅值发生叠加，相邻段间时差应大于主振周期 下转第3 5 页 万方数据 第2 7 卷第2 期王国斌，利奕年，杨文东爆炸应力波传播规律与T s P 基本原理分析 3 5 理论参考。 参考文献 [ 1 ] 马建军，程良奎．爆破应力波的传播及其远区破坏效 应研究现状述评[ J ] ．爆破，2 0 0 5 ，2 2 2 1 7 - 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