爆破地震传播规律及其激励特性分析.pdf

第2 1 卷第3 期 爆破V01 2 1N o3 2 0 0 4 年9 月B L A S T I N GS e p2 0 0 4 文章编号1 0 0 l 一4 8 7 x 2 0 0 4 0 3 一0 0 9 0 一0 3 爆破地震传播规律及其激励特性分析 李孝林1 ，佟彦军2 1 北京科技大学，北京1 0 0 0 8 3 ；2 北京北方诺信科技有限公司，北京1 0 0 0 4 5 摘要通过对实洲数据的分析．培出了爆破地震传播公式，并对爆破地震激励特性进行了分析．指出了露 天矿台阶爆破与井下中深孔爆破地震的差异。 关键词爆破振动；爆破方式；频率特性 中图分类号T D 2 3 5 ．4文献标识码A A n a l y s i sO nB l a s t i n gV i b r a t i o nT r a n s i m i t i o nR e g u l a r i t y a n dP r O m O t i n gC h a r a c t e r i s t i c s L JX 拙D _ “n 1 ，T D N Gy n n 0 M n 2 1 ．U n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n dT e c h n 0 1 0 9 yB e U i n g ，B e i j i n g1 0 0 0 8 3 ，c h i n a 2 ．B e q i n gN o r t hN o r c i nT e c h - C 。L t d ，B e q i n g1 0 0 0 4 5 ，C h i n a A b s t r a c t T h r 叫g ha n a I y 西n gt h ek t a Im e 鸪u r e m e n td a t a ，b I a “n gv i b r a t i o n { o 抽u I a ea f ee s t a b l i s h e da n db I a s t - i n gv i b r a t l o np r o n 均t i r l gc h a r a c t e r i s t i c sa r ea n a I ”e d ，a n dt h ed i f f e r e n c e sb e t w e e nt h eb l a s l i l l gv i b r a t i o ni no p e np i t a n di nu n d e r g r o u n dm e d i u m - l e n g t h _ h o I ea r ep o i n t e di nt h i sp a p e r K e yw o r d s b I a s t i n gv | b r a t i o n ．b I a 3 t i n gm e t t 州；f ‘e q u e n c yc h a r a c t e s t i 凹 1 引言 影响爆破振动的因素很多，诸如距离、段药量以 及超深等通过对实测数据的分析，指出了起爆方式 对爆破振动的影响。测试所用传感器为6 5 型拾震 器；采集分析系统为z c F - 1 6 A 型震动参数采集分析 仪【“。 2 爆破振动峰值传播规律 2 ．1 研究背景 2 ．11 地质条件 歪头山铁矿矿体呈层状赋存于前震旦系鞍山群 古老沉积变质岩中，共分为六层铁，呈单斜产出；走 向近于南北，倾向西、倾角2 0 。～5 0 。，矿体总长2 ．4 k m 。矿区矿石构造较为复杂，除褶曲处断层外，节 收稿日期2 0 0 4 0 3 2 0 ． 作者简介李孝林。男；北京北京科拄大学博士．剐教授 理特别发育，与矿体走向斜交的正断层有4 条，横断 层有7 条。节理裂隙主要有两组一组走向北6 0 。 东，倾向北，倾角8 2 4 ；另一组走向近于南北，倾向 西，倾角8 0 。。 2 ．1 ．2 爆破生产情况 歪头山铁矿年剥采总量24 0 0 1 0 4t 。铁矿石产 量4 5 0 x 1 0 4 t 。以铁路运输为主。汽车运输为辅，主 要开采水平在1 8 8 ～1 5 4 。矿山生产爆破比较频繁， 年爆破次数为1 5 0 ～1 8 0 次，一般每次爆破孔数8 0 ～1 1 07 L 左右，一次爆破量为 1 0 ～1 5 1 0 4t 。凿 岩设备为4 5 R 、Y E ．3 5 型牙轮钻，孑L 径为2 5 0m m 。孑L 网参数为5 m 1 0 m 。最小抵抗线6 ～1 1m 左右。 平均炸药单耗0 ．2 7k g ／t 。布f L 方式为三角型，采用 斜线或v 型起爆，起爆方式为} L 内非电雷管配地表 导爆索，用火雷管起爆。使用的炸药有w K 一2 型乳 化炸药，密度1 ．2 ～1 ．3g ／m 3 ，爆速45 0 0 m ／S 左右， 粒状硝酸铵炸药用于干孔。 万方数据 第2 1 卷第3 期 李孝林等爆破地震传播规律及其激威特性分析 9 l 22 实测数据波形处理及回归分析 从结构上实测的振动波形常常不显示为自由振 动．它包含有地面振动的直接传递，从这样复杂的波 形图中无法估计频率和阻尼特性，而需要根据傅立 叶分析计算传递函数。此外，从大量的实测波形的 频谱分析中知道，这些振动波形并不是单一频率，为 了正确判断其固有频率，需要采取相应的分析方法。 根据无量纲分析和回归分析的实际需要L zJ ，主 要考虑以下5 个与振动、爆区特征和地质特征有关 的无量纲量d ／R 、口／c 、d R ／，、皿／c 、R 卢2 ／Ⅳ V 3 。 考虑到同一矿山的岩体密度p 和纵波传播速度c 变 化不大，可忽略p 和c 的变化。因此，上述5 个无量 纲量变为d ／R 、u 、4 R 、，R 和R ／w 3 。其中d 、u 、 d 是质点位移、速度和加速度 单位分别为m m 、 c m ／s 、和标准重力加速度g ，，是主频率 H z ，w 是最大段药量 妇 ，R 是测点到爆区中心的水平距 离 m 。 表l 传播公式回归参数襄 对歪头山铁矿测得的数据按下列无量纲公式进 行回归【3J y K R ／w 1 4 4 1 当物理量分别为质点位移、速度、加速度和主频 率时，y 分别表示d ／R 、u 、ⅡR 和尔。回归结果如 表1 。 根据回归公式标绘的速度衰减线见图1 。图1 中横坐标为比例距离。纵坐标是速度峰值。由图1 中2 条直线可以看出，在试验条件下，水平方向的质 点振动速度要低于垂直方向。 3 爆破振动激励特性的变化 振动测试结果表明，随着爆破方式的改变，振动 幅值和主频率都有所改变。通常，对于露天矿爆破， 与爆破振动关系最为密切的爆破参数。分别是距离、 最大段药量、超深、方位、总药量和高差等参数。应用 灰色理论 4 】，根据实测数据分析了与爆破振动强度相 关的几种参数。分析结果显示，相关性从高到低的顺 序为1 距离，2 超深，3 最大段药量，4 方位，5 总药 量，6 高差。由此可见，距离对爆破振动强度的影响 最大。依次是超深、最大段药量、方位等等。在这些影 响因素中，距离与高差是客观条件所确定的，不可改 变。而段药量与超深可以调整。因此，要降低爆破振 动。应减少段药量和控制超深。从减少最大一段起爆 药量和控制超深两方面人手，改变起爆网路，减少超 深，使爆破振动强度得到了有效控制。 3 2 l 一 ∞ E o 壬 0l O O 图l 振动速厦衰减域 3 ．1 起爆方式对爆破振动的影响 在现场爆破振动测试中，分别对地表延期分区 起爆和“V ”型起爆进行了研究。通过对实测数据的 分析发现，在试验爆区改变起爆网路和降低超深后， 爆破振动有以下几方面变化 1 爆破振动幅值有较大下降 在影响地面振动峰值的因素分析中，段药量和 超深与振动峰值相关密切。由于采取了地表延期分 区起爆方式，最大一段炸药量比“V ”型起爆方式平 均下降了4 0 ％～5 0 ％，即使不考虑超深的影响，地 面振动速度峰值至少可以下降3 27 ％左右。 2 爆破振动频率特性的改变 通过改变起爆网路，变原来的“V ”型起爆为分 区微差起爆后，使爆破振动的频率发生了变化。图 2 是“v ”型起爆 a 和地表延期分区起爆 b 的比较， 两炮的几何位置比较接近。均在采矿实验室同一地 点测试，地质条件基本相同。 如图2 所示，从两炮的幅值谱看，地表延期分区 起爆较“v ”型起爆有以下特点 1 主频有明显提高； 2 出现多峰，说明爆破振动能量较为分散。 ≮一 万方数据 爆破 2 0 0 4 年9 月 32 采矿方法对爆破振动的影响 现场爆破振动监测的结果显示，爆破地震波在 岩体表面与内部、爆源的近区与中区、远区有不同的 衰减规律和频谱特性。并且爆破地震波中面波和体 波的成分也存在显著差异。为了充分了解爆破振动 激励特性的变化，不仅对露天矿爆破振动进行了测 试，同时还对井下爆破对地面结构物的振动影响进 05 3c m ／s 、 ，Jl ●’、J L ’， ‰／ 0 5c m ／s 41 66 4 疗H z a “V ”型起爆 行了监测。分析结果表明，由于露天矿爆破药量大、 传播距离相对较远 水平距离大都在15 0 0m 以上， 段药量45 0 0k g 左右 ，爆破振动的主频率较低 约 4 ．5H z ；而对于井下爆破，段药量较小，传感器布置 在爆区在地表投影附近 垂直距离不到2 0 0m ，水平 距离为1 0 0m 左右，最大一段炸药量为1 5 0k g 左 右 ，爆破振动的主频率较高 约3 6H z 。 0 1 2c m ／8 I I l 、／、 叫 叮 u V 晰 2 5 6 l41 66 42 5 6 打H z b 分区微差起爆 圈2 不同起爆方式的频率特性 00 5c m ／s l J } J 、 J ，，Ⅵ 融 、 、_ ／∥1 帆0 U 41 66 42 5 605283 2 ∥H z，H z a 露天矿爆破振动频谱 b 井下矿山爆破振动频谱 图3 采矿方法对爆破振动的影响 以图3 说明露天矿和井下矿爆破的振动频谱特 性。 通过对不同采矿方法引起的爆破振动的比较分 析发现，由于传播介质不同 井下矿爆破地震波主要 通过采空区、矿岩传至地面 ，井下矿爆破引起的地 震波更类似于体波。 4 小结 在综合分析爆破振动传播规律的基础上，讨论 了爆破振动的特点，认为 a ．采矿方法对爆破振动有明显的影响。通常， 露天矿爆破振动主频较低，而井下矿爆破振动主频 较高； b ．通过本次现场试验表明，地表延期分区起爆， 能使爆破振动能量分散，幅值下降和主频提高，有明 显的降振效果。 参考文献 [ 1 ] 冶金部安全环保研究院z c F 。1 6 A 型振动参数采集分 析系统[ R ] 1 9 8 9 ．7 【2 ] 应怀僬波形和频谱分析与随机数据处理[ M ] ．北京 中国铁道出版社。1 9 8 5 [ 3 ] 李齐爆震的放大效应与二元回归分析[ J ] ．爆破， 1 9 9 2 ， 4 2 3 ～2 5 ． [ 4 ] 邓聚龙．灰色控制理论[ M ] 武汉华中工学院出版社， 1 9 8 6 万方数据