小水池中延时爆破对地表振动的测试与分析.pdf
doi10. 3969/ j. issn. 1001 ̄8352. 2014. 04. 009 小水池中延时爆破对地表振动的测试与分析 ❋ 闫大洋①② 胡坤伦② 叶图强① 孙 平② 韩体飞② ①广东宏大爆破股份有限公司广东广州ꎬ510623 ②安徽理工大学化工学院安徽淮南ꎬ232001 [摘 要] 为了研究水下延时爆破对地表振动的影响ꎬ在某一小水池中ꎬ采用不同延时药包组合引起地表振动ꎬ对 其进行测试ꎮ 试验中各组合总药量相同ꎬ药包个数不同ꎬ对地面产生的振动速度和主振频率采用 UBOX ̄5016 型振 动自记仪进行测试和分析ꎮ 研究并发现毫秒延时爆破能有效降低爆破振动ꎬ通过选出的较优延时组合ꎬ初步估计 合理的延时间隔为 25 50 msꎮ [关键词] 微差爆破ꎻ地面振动速度ꎻ主振频率 [分类号] TD235 引言 随着经济发展ꎬ港口码头建设、航道疏浚工程量 极大增加ꎬ促进了水下爆破技术和工艺的发展[1]ꎮ 这是由于水介质具有各向同性、自身消耗变形能少、 以及可压缩性小等特点ꎬ是较为理想的压力传递介 质[2]ꎮ 但是水中装药爆炸后产生的一部分能量用 来破坏被爆破介质的同时ꎬ多余的能量将会以波动 的形式通过水介质向外传播引起周围相邻介质的振 动ꎬ当振动强度达到一定数值时ꎬ产生地震效应ꎬ对 周围邻近的建筑物造成破坏[3]ꎮ 毫秒延时爆破也称为毫秒差爆破ꎬ即相邻炮孔 或药室的时间间隔为毫秒到数百毫秒ꎬ按时间先后 顺序爆炸[4]ꎮ 毫秒延时爆破时影响振速和振动频 率或周期的因素很多ꎬ除最大分段药量、总药量 以及微差时间是主要因素外ꎬ还与介质特性、炮孔直 径、炸药性能、 测点到爆心的距离、起爆方式等许多 因素有关[5]ꎮ 因此ꎬ到目前为止ꎬ国内外尚无一个 比较统一且十分精确的公式来具体计算延时爆破的 地震效应[6]ꎮ 研究发现ꎬ延时爆破的间隔时间对地 震效应的强度有着重大的影响[7]ꎮ 通过对小水池 中延时爆破引起的地表介质振动速度和频率进行测 试和分析ꎬ研究由毫秒延期电雷管组合形成的不同 延时组合对最大振速的影响ꎮ 通过试验选出较优延 时组合ꎬ初步估计一下合理的延时间隔ꎮ 1 试验研究 1. 1 测试原理 合理的延时间隔是影响工程爆破效果的重要因 素ꎬ原苏联专家塞尔捷依伍克在研究克里沃罗格露 天矿的地震效应时曾指出[8]分段装药量和延时间 隔 Δt 是影响微差爆破振动强度的两个主要因素ꎬ振 动强度随延时间隔 Δt 数值进行变化ꎬ只有当 Δt 为 某一定值时ꎬ振动强度才最小ꎬ偏离这一最佳值ꎬ振 动强度便增大ꎮ 因此ꎬ存在某一固定值 Δtꎬ即为最 优延时间隔ꎮ 通过试验选出较优延时组合ꎬ得出合 理的延时间隔ꎮ 1. 2 测试环境 测试是在两实验楼空地上的圆柱形爆炸水池 图 1中进行的ꎬ该水池直径 5. 50 mꎬ高 3. 62 mꎬ水 池内外壁坚固牢靠ꎬ无明显损伤ꎮ 图 1 测试环境图 Fig. 1 Sketch of test environment 1. 3 测试条件及过程 1. 3. 1 爆炸药包 如图2所示ꎬ爆炸药包总装药量为10 g RDX 24 爆 破 器 材 Explosive Materials 第 43 卷第 4 期 ❋ 收稿日期2014 ̄01 ̄16 作者简介闫大洋1991 ꎬ男ꎬ硕士ꎬ主要从事爆破器材与爆炸技术研究ꎮ E ̄mail137703926@ qq. com 通信作者胡坤伦1962 ꎬ男ꎬ博士ꎬ教授ꎬ主要从事爆破效应研究ꎮ 1 - 封闭填充物ꎻ 2 - 雷管ꎻ3 - RDX 装药 图 2 药包示意图 Fig. 2 Schematic plot of the charge 含 8 号工业雷管的装 药ꎬ分别用毫秒延期 雷管不同段别进行不同 的组合ꎮ 每种组合中总 装药量固定ꎬ单个药包 均分总药量ꎬ每种组合 测试 3 次ꎮ 2 种段别组 合单个药包装药量5 gꎬ 3 种段别组合单个药包 装药量 3. 3 gꎬ4 种段别 组合单个药包装药量 2. 5 gꎬ5 种段别组合单 个药包装药量 2. 0 gꎮ 将药包固定在铁架中 心ꎬ多个药包则对称放置ꎬ间距 30 cmꎮ 1. 3. 2 爆破振动测试 使用的仪器是 Top 公司生产的 U ̄BOX5016三 通道爆破振动记录仪ꎬ主要参数设置为采样频率 5 kHzꎬ通道上沿触发ꎬ通道耦合设置成直通方式ꎮ D227 型水平振动传感器灵敏度为 284 mVꎬE212 型 垂直振动传感器灵敏度为 287 mVꎮ 试验测试系统主要由爆源、振动传感器、记录分 析仪组成ꎮ试验时先将爆炸水池中注满水ꎬ注水高 度3. 62 mꎬ用行车将铁架放入爆炸水池中ꎬ使药包 置于水池中心距水面2. 4 m处ꎮ用石膏浆液将传感 器牢牢地固定在地面上ꎬ垂直速度传感器应该尽量 保持与水平面垂直ꎻ水平速度传感器的安装应该与 水平面平行ꎬ水平径向传感器水平指向爆心ꎬ水平切 向传感器与水平径向传感器垂直ꎮ 沿水池径向且距 药包中心水平距离 3. 5、5. 5、7. 5 m 3 处布点ꎬ将测 震仪与自记仪连接ꎬ使其处于采集状态ꎮ 将起爆线 一端与药包连接ꎬ另一端与起爆器连接ꎬ警戒并确认 安全后开始起爆ꎮ 2 测试结果与分析 在现场试验中ꎬ由于测试次数较多ꎬ且在实测的 数据中ꎬ同一测点处的水平径向速度、水平切向速度 远小于垂直振动速度ꎬ径向、切向振动速度又无一定 衰减规律ꎬ为了探究不同延时组合对最大振速的影 响ꎬ以垂直振动速度为例进行分析ꎮ 利用爆破振动自记仪记录数据ꎬ经 BM View 分 析软件得到不同延时组合下各测点介质垂直振动速 度和主振频率ꎬ列于表 1ꎬ表中的振动速度值为垂直 方向上 3 次测试数据的最大振动速度ꎮ 表 2 为药包 中所用毫秒延期雷管的延期时间及误差[9]ꎮ 图3 是 根据表 1 数据绘制的ꎬ可以比较方便地反映延时爆 破与齐发爆破振动峰值和主振频率的关系ꎮ 1同一组合下的延时爆破ꎬ出现远处测点的 振动效应大于近处测点的现象ꎮ如图4a、图4bꎬ 1 ̄3组 合 在5. 5 m 测 得 振 动 峰 值 为0. 393 cm/ s ꎬ 而在7. 5 m测得振动峰值为0. 411 cm/ sꎻ图4 c 表 1 不同延期组合下各测点的振动速度和主振频率 Tab. 1 Vibration velocity and main frequency of each measure point at different charge delay intervals 延期组合数字 代表雷管段别 药包 数量/ 个 单个药包 装药量/ g 3. 5 m 速度/ cms -1 频率/ Hz 5. 5 m 速度/ cms -1 频率/ Hz 7. 5 m 速度/ cms -1 频率/ Hz A 齐发110. 00. 4476. 1040. 38710. 4140. 23812. 986 B 1 ̄225. 00. 51210. 3760. 37510. 3760. 29610. 986 C 1 ̄325. 00. 47810. 2560. 39310. 3760. 41116. 436 D 1 ̄425. 00. 52228. 0760. 36628. 0760. 42422. 804 E 1 ̄2 ̄333. 30. 39812. 2560. 29310. 3760. 21110. 986 F 1 ̄2 ̄433. 30. 42228. 0760. 21128. 0760. 14331. 738 G 1 ̄2 ̄533. 30. 48510. 8940. 32110. 3760. 18610. 542 H 1 ̄3 ̄433. 30. 41613. 4280. 34517. 4140. 28220. 072 I 1 ̄3 ̄533. 30. 41114. 9070. 35612. 0780. 30410. 104 J 1 ̄4 ̄533. 30. 39613. 8220. 31714. 3160. 28610. 768 K 1 ̄2 ̄3 ̄442. 50. 34910. 8730. 26310. 4940. 21610. 755 L 1 ̄2 ̄3 ̄542. 50. 38414. 8940. 22820. 4150. 18813. 062 M 1 ̄3 ̄4 ̄542. 50. 42810. 3560. 39113. 6930. 21910. 872 N 1 ̄2 ̄3 ̄4 ̄552. 00. 35618. 6150. 24216. 3030. 14610. 695 342014 年 8 月 小水池中延时爆破对地表振动的测试与分析 闫大洋ꎬ等 表 2 不同毫秒延期电雷管延期时间及误差 Tabl. 2 Delay time and its error of electric detonators at various millisecond delays 段别MS1MS2MS3MS4MS5 名义延期 时间/ ms 0255075110 误差值 / ms 12. 512. 512. 5 -12. 5 ꎬ +17. 5 -17. 5 ꎬ +20 a振动速度 b主振频率 图 3 不同水平距离下不同延时组合 的振动速度和主振频率 Fig. 3 Vibration velocity and main frequency of various charge delay intervals at different horizontal distances 图 4d中ꎬ1 ̄4 组合在 5. 5 m 测得振动峰值为0. 366 cm/ sꎬ7. 5 m 测得振动峰值为 0. 424 cm/ sꎮ 由于爆 源处的纵波、横波和面波同时生成ꎬ在爆破近区的同 一质点上ꎬ3 种波几乎同时到达ꎬ相互重叠ꎬ各类波 的初至时刻难以区分ꎮ 因为各类波的传播速度不 同ꎬ随着距离的增加ꎬ各类波的初至时刻在时间轴上 逐渐分离ꎮ 由于纵波速度最快ꎬ横波次之ꎬ面波最 慢ꎬ而面波能量大、衰减慢[10]ꎮ 因此ꎬ上述情况可能 是在爆破远区地震波沿地面传播时ꎬ面波引起远处 测点处的振动效应大于近处测点ꎮ 2从试验的结果看ꎬ振动峰值较小的较优延时 组合为1 ̄2 ̄3、1 ̄2 ̄3 ̄4、1 ̄2 ̄3 ̄5、1 ̄2 ̄3 ̄4 ̄5ꎮ如图5中 1  ̄2 ̄3延时组合3. 5m处测点上振动峰值为0. 398 a1 ̄3 组合在 5. 5 m 测点处 b1 ̄3 组合在 7. 5 m 测点处 c1 ̄4 组合在 5. 5 m 测点处 d1 ̄4 组合在 7. 5 m 测点处 图 4 典型测点垂直振动波形图 Fig. 4 Vertical vibration waveform diagram for typical measuring points cm/ sꎬ齐发爆破振动峰值为 0. 447 cm/ sꎻ5. 5 m 处测 点上振动峰值为 0. 293 cm/ sꎬ齐发爆破振动峰值为 0. 387 cm/ sꎮ 其他延时组合也类似ꎬ各处测点的振 动峰值均小于齐发爆破的振动峰值ꎮ 通过较优延时 44 爆 破 器 材 Explosive Materials 第 43 卷第 4 期 组合的时间间隔ꎬ可以初步估计合理的延时间隔为 25 50 msꎮ 3在不同延时组合下的微差爆破中ꎬ部分测点 出现振动效应比齐发爆破增大的现象ꎮ 如图 6 中ꎬ 3. 5 m 测点处1 ̄2、1 ̄4 双药包组合以及1 ̄2 ̄5 三药包 组 合ꎬ其振动效应均高于齐发爆破ꎻ5. 5m测点处 a 1 ̄2 ̄3 组合在 3. 5 m 测点处 c1 ̄2 ̄3 组合在 5. 5 m 测点处 b 齐发爆破在 3. 5 m 测点处 d齐发爆破在 5. 5 m 测点处 图 5 典型测点垂直振动波形图 Fig. 5 Vertical vibration waveform diagram for typical measuring points a1 ̄2 组合在 3. 5 m 测点处 c1 ̄2 ̄5 组合在 3. 5 m 测点处 b1 ̄4 组合在 3. 5 m 测点处 d1 ̄3 ̄4 ̄5 组合在 5. 5 m 测点处 图 6 典型测点垂直振动波形图 Fig. 6 Vertical vibration waveform diagram for typical measuring points 542014 年 8 月 小水池中延时爆破对地表振动的测试与分析 闫大洋ꎬ等 1 ̄3 ̄4 ̄5 组合也比齐发爆破振动效应大ꎮ 7. 5 m 测点 处不同延时组合振动效应大于齐发爆破的现象比较 多ꎮ 由于爆炸水池与地面不是刚性连接ꎬ爆炸水池 经采用碎石、汽车轮胎等减振措施后ꎬ 由于垂直方 向冲击力的分散ꎬ起到了减振作用ꎮ 爆炸水池在爆 炸时实际是因撞击等作用造成地面振动ꎬ上述部分 测点出现振动效应比齐发爆破增大的现象可能主要 是由机械撞击引起的ꎮ 3 结论 通过测试与分析小水池中延时爆破对地表振动 的影响ꎬ发现毫秒延时爆破能有效降低爆破振动ꎬ振 动峰值较小的较优延时组合为 1 ̄2 ̄3、1 ̄2 ̄3 ̄4、1 ̄2 ̄3 ̄ 5、1 ̄2 ̄3 ̄4 ̄5ꎬ可以初步估计一下合理的延时间隔为 25 50 msꎮ 部分测点出现振动效应比齐发爆破增 大的现象ꎬ可能是由于爆炸水池在爆炸时因撞击等 作用引起地面振动ꎮ 本文研究仅分析了垂直方向的振动ꎬ若同时分 析水平、垂直和切向三维质点的振动ꎬ将更具有实用 性和代表性ꎮ 参 考 文 献 [1] 颜事龙ꎬ胡坤伦ꎬ徐颖. 现代工程爆破理论与技术 [M]. 徐州中国矿业大学出版社ꎬ2007. 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Guangdong Guangzhouꎬ 510623 ②Anhui University of Science & Technology Anhui Huainanꎬ 232001 [ABSTRACT] Ground vibration tests at different charge delay intervals were conducted in a small pool to study the impact of underwater delay blasting on the vibration of ground surface. During the experimentꎬ the charge number was various for each group at a constant charge quantity in total. The ground vibration velocities and main frequencies were tested and analyzed by UBOX ̄5016 blasting vibration recorder. The study shows that millisecond delay blasting can effec ̄ tively reduce the blasting vibration. The reasonable delay interval was preliminarily estimated to be 25 ̄50ms at optimized charge delay interval. [KEY WORDS]millisecond blastingꎻ ground vibration velocityꎻ main vibration frequency 64 爆 破 器 材 Explosive Materials 第 43 卷第 4 期