孟家沟硐室大爆破震动测试.pdf

第2 l 卷第3 期 2 0 0 4 年9 月 爆破 乩A S ⅡN G v d2 lN o3 S e D2 0 0 4 文章编号．1 0 0 1 4 8 7 x 2 0 0 4 0 3 0 0 9 6 0 3 孟家沟硐室大爆破震动测试 王德胜1 ，龚敏1 ，杜金科2 ，崔景青2 ，李建军2 1 北京科技大学土木与环境工程学院，北京1 0 0 0 8 3 ；2 ．首钢大石河铁矿，北京1 0 0 0 8 0 摘要简要介绍了条形药包的发展现状，指出了条形药包大爆破地震特性研究的必要性。结合2 0 0 3 年9 月1 6 日在首钢孟家沟铁矿成功进行的一次条形药包露天矿揭顶剥离松动大爆破，对爆破地震的测试及结果进 行7 全面分析。 关键词条形药包；爆破；震动 中图分类号T D2 3 53 4文献标识码A Ⅵr b r a t i o na l a r a c t e r i s t i c so faL i n e a rC h a r g eB l 嬲t i n g W 邺D 郸 删9 1 ，G o N G M 轨1 ，D U n k 2 ，C U r 喈q i 馏2 ，L J J 妇n 0 “H 2 1S c l l o c do fC i v i la 1 1 dE n “m m e n t a lE n g i r 艘d 1 1 9 ，U n j v e r s i t yo fS d e n c ea n d1 k h 砌0 9 yB e q i l l g ，B e i i n g1 0 0 0 8 3 ，C h i m 2 ．D a s h i h eM in e ’C a p i t a lI Ⅻla n dS t e e lC 。m p a l l y ，B e j 堍1 0 0 0 8 0 ，c h i m A l 】s h 粥t T h ep a p e ro u t l l n ∞t h ed e 心r n e n to fh I 瑚rc 岫b h s d I 】gt e 炯q u 葛a n dp u 协f o n 张r dt h en e c 曙s i ‘yo fr e _ s e a r c K n gc h r a c t e r h i 岱o fb I 勰t i n gv i b m t ．o n0 nU n e a rc h a r g eB a s e do nad i r e c t i o I ■c a s th n e a rc h a 球b l a s t i “gi n ⅣI e n gJ i a h 丽n ea t ”，9 ，2 0 0 3 ，t l 忙T n 曲s u 咄憾na n dr e 池db l 蜮吣访岫t i o na r e { u n y 艄d y 既d ． 1 e yw o I ’d s h n e a rc 1 1 a r g eb I a s t i ‘培；b l 越n 。】g ；v i b r a t i o n 1 引言 条形药包爆破技术起源于原苏联，自从上个世纪 6 0 年代被提出以来后，在原苏联不仅应用范围，而且 在应用规模上都应该说是首屈一指⋯。在条形药包 的作用机理和模拟实验方面都做了大量工作，并根据 不同侧重点，先后提出了5 个有代表性的药量计算公 式，对条形药包爆破技术产生了深远的影响。我国从 8 0 年代逐步尝试使用条形药包爆破技术，经过近几 年的应用发现，条形药包硐室开挖工程量小，爆破破 碎均匀，抛掷效果好，爆堆集中，爆破地震小；由于这 些无可争议的优点，使得在硐室大爆破设计中，条形 药包成为药包布置设计的主体，而集中药包降到辅助 和个别地段地形处理从属地位”J 。 综观条形药包的发展．不难看出，关于条形药包 收稿日期2 0 0 4 0 5 2 4 作者简介王德胜。男；北京北京科技大学土木与环境工程学院 的理论研究和工程应用很不适应。有关理论研究远 远落后工程实践，到目前位置，千吨级万吨级的条形 药包大爆破已成功实施若干次，但关于条形药包的理 论计算也仅提出了2 种不太完善的方法；相比之下一 些在实践基础上提出的经验公式倒是名目繁多，据不 完全统计仅药量计算公式就有1 0 个之多，往往是计 算结果相差很大。在爆破作用机理研究方面，关于条 形药包震动特性的研究更为欠缺，至今较为全面的研 究未见报道。 实际上对于条形药包大爆破而言，由于布药空问 分布，装药结构明显不同于集中药包，因此国内沿用 集中药包的震动公式来估算条形药包的地震。往往出 入很大。但在大爆破过程中，由于装药量大，爆破地 震经常是各方关注的焦点，所以开展条形药包地震特 性的研究是十分必要的。 2 首钢孟家沟大爆破工程概况 盂家沟露天矿剥离工程量大，地形陡峭，经过可 万方数据 第2 1 卷第3 期 王德胜等孟家沟硐室大爆破震动测试 9 7 行性研究和反复权衡，最终采用硐室大爆破进行揭顶 剥离工程，并委托北京科技大学和唐山恒盛爆破工程 有限公司共同完成。 爆区为s 5 0 0 ～6 0 0 勘探线之间，走向长度约1 2 0 m ，宽度近5 0 ～1 2 0m ，高程差5 0m ，呈南北走向山梁， 山梁顶标高4 4 6m ，山粱东侧边坡角5 0 。左右，边坡较 陡山梁的西侧较缓，山体坡度3 0 ‘左右，在3 8 0m 水 平已经开拓出一条上山公路。 爆区位于矿体的上盘，基岩裸露，少数部位有坡 积物。厚度一般为0 ～0 ．5m ，风化层不超过lm ，地表 只有少量杂草和零星灌木。岩石为混合花岗岩，局部 岩石韧性极大，可钻性和可爆性很差。节理较发育， 特别是有一组与矿体走向、倾向和倾角基本一致，但 倾向与爆破后的边坡倾向相反且倾角较缓，对边坡的 稳定有利。地下水和裂隙水不发育，硐内有少量地表 降雨渗水。 爆区周围的环境条件对大爆破较为有利，北方 15 0 0m 处有新水村，东北方向有李家沟和盂家沟村， 距离在15 0 0m 以远。正东方向有采区的办公平房， 距离8 5 0 m ；西边2k m 内无民房。民房低于爆区2 0 0 余m ，但爆区的后山方向不足1 0 0m 内有矿用高压电 线。 根据工程要求和爆区周围环境及地形地质条件， 设计采用单层、双层，单排与多排相结合，条形整体松 动的布药形式；爆区内双电爆毫秒延期起爆网路的硐 室大爆破方案。 3 大爆破主要设计参数 根据爆破区域的地形特征，按照∞／ O ．6 ～O 9 的布置原则，将药室的总体布置分为上下2 层，上 层药室的最小抵抗线为1 5 ～2 0m ，下层药室的最小 抵抗线为1 5 ～2 5m ；下层药室按照地形的变化特点， 分别布置1 排到4 排药室，主药室的抵抗线控制在2 5 m ．各个药室的参数列于表1 中““J 。 表1 各药宣爆破参数表 * 实际装药过程中，为方便施工。铵油炸药装成2 5k g ／袋，硐室内成袋码放，故实际总装药量为1 3 0 t ；其中2 8 岩石炸药占总 药量的5 ％。 万方数据 爆破2 0 0 4 年9 月 4 爆破地震的测试 调查，选择有代表性的建筑物、构筑物，岩石裂缝和断 层、边坡等标志物。在爆破前后用目测或用石膏等物 4 ．1N C S c 5 0 0 0 型测振仪简介料涂抹，或用照相和录像等手段把观测对象的特征记 美国S A I ⅡS 公司生产的N C S C 5 0 0 0 型测振仪是录下来，对比爆破前后被观测对象的特征变化来评估 全电脑控制的地震、噪声及冲击波测定仪。测定程序爆破地震效应的影响程度。这种方法只适合于做定 和数据处理有固化程序，由热敏打印机提示和打印输性观测，可以配合仪器观测使用。 出，仪器由充电蓄电池组供电，现场测试不需要外接在仪器观测时，对于N c s C 5 0 0 0 型测振仪，传感 电源传感器由集成三维地震传感器和噪声、冲击波器的安放很简单，仅须注意以下2 点 传感器2 部分组成。1 在土壤安放时，需将测点处土壤表层去掉一 仪器可以测出测点的三维质点振动速度及其矢层，然后用石块或别的硬物将其砸实．最后用该仪器 量和、振动加速度、振动频率、噪声强度和噪声频率，自身所带螺栓调平、固定即可。 同时画出质点振动速度与频度之间的关系图和地震2 在岩石层上安放时，拾震器的安放更为简单， 波形图，给出按照国际常用标准的评判结果图。测试只须调节传感器底脚螺钉，直至传感器水平即可。 结果在爆破后1 而n 左右由热敏打印机打印输出。4 ．3 爆破震动测试结果 仪器的主要性能指标为经过近2 个月的紧张施工准备，大爆破于2 0 0 3 1 触发方式自触发方式，连续监测方式；年9 月1 6 日准备就绪，并在当天中午1 1 时准时起 2 加速度误差 0 ．0 2g ；爆，在大爆破的设计过程中采用了许多措施来降低爆 3 速度误差 0 ．1m m ／s 破的有害效应，主要包括下列3 项 4 位移误差 0 ．1m m ；1 采用微差爆破技术，严禁使用齐发爆破，使爆 5 振动频率误差 0 ．0 3 } k ；破的总能量实现时间上的有效分布； 6 声强误差 07d B A ；2 严格控制一次起爆的最大装药量，从而实现对 7 通频带2 ～5 0 0 } k爆破最大震动速度的控制； 42 测试方法3 加强了对爆破作业的监督和管理，对爆破作业 爆破地震效应的观测方法有宏观和仪器观测两的各个过程进行了强有力的监控。 种，在通常情况下，将二者结合使用，以得到理想的观测点的布置按照地形特点，选择距爆破地点最靠 测结果。 近的民房作为监测的目标，各测点的测试结果如表2 在爆破振动影响范围内和仪器测点处进行宏观所示。 表2 大爆破震动等有害效应实测结果简裒 测点编号测点位置分维向量 最大震薹最声位加速度g 震动颏率 合成速譬 冲击波超压 ／ 廿n s _ 1 ／m ‘。／H o ／ c n l s 。1 ／k P a 新水村 2李家沟村 3 盂家沟村 04 00 ．1 3 47 0 ．3 50 ．1 1 20 02 20 ．0 6 4 1 0 ．2 000 8 83 0 ．1 600 6 56 O ．1 60 ．0 8 50 02 701 2 56 O6 002 3 72 03 5O1 4 43 注L 、T 、v 分别表示径向、切向、垂向分量。 据现场爆破前后对比观察。爆破作业周围的民房 及其附近的民房均未受到进一步损害。说明大爆破 产生的地震动、冲击波和噪音等有害效应对其未造成 不良影响。 04 8 O0 3 70 0 ．2 2O0 0 46 06 3 000 3 76 下转第1 0 4 页 1 0 1 2 O 8 0 6 4 5 5 4 4 3 2 3 3 3 Ⅲ ㈣ 呲 ㈣ 叭 眦 叭 童 叭 0 0 O O 0 O 0 0 0 L r V L T y L 丁 y 万方数据 1 0 4 爆破 2 0 0 4 年9 月 4 爆破安全监理组织 爆破安全监理组织的形式和机构必须与所监理 的工程相适应，反映在监理组织方式、职责分工和人 员数量、专业应根据监理的任务、范围、内容、期限以 及工程规模、技术复杂程度、爆破环境等因素综合考 虑。 拆除爆破是高风险的工作，对安全监理人员的素 质要求较高，监理人员投入比 监理人数与工程建设 强度之比 也高于其它建筑施工工程。从安全监理实 践上看，爆破安全监理的人数与施工单位的工程技术 管理人数成一定的比例。 直线制组织形式具有机构简单、命令统一、职责 分明、决策迅速、隶属关系明确的优点，比较适合于爆 破安全监理。各监理工程师所承担的工作专业单一， 其技能均能管理和控制所分配范围的工作，不需设立 专门的职能部门，克服了指令可能矛盾和信息传递路 线长的缺点，有利于准确、快速地作出监理反应。 5 旁站点的选择、检查与监理记录 旁站点的监理检查记录是监理成果的重要组成 部分，它不仅是对爆破工程实施的真实记录，也是爆 破技术和经验积累过程。通过旁站检查记录与最终 爆破效果的关联对照，可以发现爆破设计的不足之 处．让爆破人员更全面、准确地认识爆破规律，从而改 进、发展爆破技术。 旁站点合理的施工方法应在满足安全的基础上 力求简化操作、方便识别和利于记录。例如在爆破立 柱上布置截面短方向的钻孔，使得炸药分布均匀，钻 i L 质量易于保证和检查，药包规格统一装药工作简 单，易于管理和记录。拆除爆破是破坏性过程，旁站 点的记录不具可恢复性，这要求旁站点的记录必须全 面、及时。某拆除爆破工程中对各爆破立柱上的装药 药量和起爆段别进行标识，监理人员使用数码相机进 行摄影记录，并对照检查装药过程。 6 结语 爆破安全监理的工程实践表明，作为独立、公正 第三方的监理单位参与爆破工程管理，改变了爆破工 程旧的管理模式，安全监理能提供专业化的安全管理 服务。在工程中起到重要的监督和协调作用，促成爆 破工程安全顺利的实施。 实践表明，爆破工程实施安全监理，有利于规范 参与爆破工程各方的建设行为，最大限度地避免不当 建设行为的发生，减少其不良后果；有利于防止爆破 设计和施工的随意性，促使爆破设计和施工计划更趋 标准化、程序化；有利于爆破经验的积累，促进爆破技 术的发展。 在爆破工程决策阶段一开始即实施安全监理，将 有利于提高爆破工程投资决策科学化水平．有利于实 现爆破工程投资效益最大化。 爆破安全监理虽然刚刚起步，但已取得了有目共 睹的成绩，并且已为社会各界所认同和接受。通过工 程实践，爆破安全监理的理论和方法在不断地发展。 新爆破安全规程的实施给爆破安全监理提供了一 个良好的法制环境。在爆破工作者的共同努力下，爆 破安全监理必将在爆破工程建设领域发挥更大的作 用。 参考文献 [ 1 】冯叔瑜，顾毅成．安全爆破工程永恒的主题[ J ] 爆破， 2 0 0 2 ，1 9 1 1 ～4 ． [ 2 ] 吴剑锋．浅论抓紧实施工程爆破安全监理制[ J ] ．爆破， 2 0 0 1 ．1 8 增 1 0 7 ～1 0 8 [ 3 】郭冬生，王青屏．三蛱船闸开挖爆破安全技术及管理 [ J ] ．爆破，2 0 0 3 ，2 0 增刊 1 2 3 ～1 2 6 ． 上接第9 8 页 5 结语 a 测试结果可以看出，大爆破的地震频率较低， 大爆破的实测频率为2 、8 ～5 ．1H z ，与一般矿山台阶 爆破和拆除爆破的震动主频率1 0 ～1 0 0 } i z 相比要低 得多，而与自然地震的主频率3 ～1 0 } I z 非常接近。 b ．大爆破地震的持续时间长，爆破实测在8 0 0r r B 以上，比一般土岩爆破、拆除爆破的几十～几百毫秒 要长得多，与自然地震持续时间属于同一量级。 c ．对于条形药包大爆破面盲，设计时按照萨道夫 斯基公式预测地震速度要慎重；爆破设计预测的结果 与实测结果的差异说明。在地形起伏较大的条件下， 估算的结果往往不可靠。现场的实际测定是必要的。 参考文献 [ 1 ] 杨年华．条形药包爆破现状与展望[ J ] 爆炸与冲击。 1 9 9 4 3 1 2 ～1 5 ． [ 2 ] 边克信．条形药包大爆破设计的几个问题[ J ] 工程爆 破，1 9 9 5 。1 1 2 5 ～2 8 ． [ 3 ]首钢大石河铁矿盂家沟千吨大爆破测试报告[ R ] ．北京 北京科技大学，2 0 0 2 ． [ 4 ] 李彬峰．爆破振动的分析方法及测试仪器系统探讨[ J ] ． 爆破．2 0 n 3 。2 0 1 8 l ～8 4 ． 万方数据