多种起爆技术组合降振在鹿鸣矿业的应用.pdf

多种起爆技术组合降振在鹿鸣矿业的应用 ① 彭崇民 （中铁资源集团有限公司， 北京 １０００３９） 摘 要 为保护刚果（金）绿纱矿附近教会学校，寻求合理的降振方案，在鹿鸣矿业进行了相关爆破试验，引入了逐孔起爆爆破技 术、分段装药方式、预裂爆破等独立起爆或组合起爆方式，使爆破振动水平显著降低。 关键词 逐孔起爆； 分段装药； 预裂爆破 中图分类号 ＴＤ２３５文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１５．０１．００６ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０１５）０１－００２０－０３ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｂｌａｓｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ Ｒｅｄｕｃｉｎｇ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｎ Ｌｕｍｉｎｇ Ｍｉｎｉｎｇ ＰＥＮＧ Ｃｈｏｎｇ⁃ｍｉｎ （Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００３９， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｐｒｏｔｅｃｔ ａ ｃｈｕｒｃｈ ｓｃｈｏｏｌ ｎｅａｒｂｙ ｔｈｅ Ｌｕｉｓｈａｉ Ｍｉｎｅ ｉｎ Ｃｏｎｇｏ， ｓｏｍｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｗａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｉｎ Ｌｕｍｉｎｇ ｍｉｎｉｎｇ ｆｏｒ ｓｅｅｋｉｎｇ ａ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ⁃ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅａｓｕｒｅ ｉｎ ｔｈｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ． Ｂｌａｓｔｉｎｇ ｔｅｓｔｓ ｗｅｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｉｎ Ｌｕｍｉｎｇ Ｍｉｎｉｎｇ ｂｙ ａｄｏｐｔｉｎｇ ｈｏｌｅ⁃ｂｙ⁃ｈｏｌｅ ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ， ｄｅｃｋ ｃｈａｒｇｉｎｇ ａｎｄ ｐｒｅ⁃ｓｈｅａｒ ｂｌａｓｔｉｎｇ， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ， ｏｒ ａ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅｍ， ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｉｎ ａ ｂｌａｓｔ⁃ｉｎｄｕｃｅｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｒｅｄｕｃｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｈｏｌｅ⁃ｂｙ⁃ｈｏｌｅ ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ； ｄｅｃｋ ｃｈａｒｇｉｎｇ； ｐｒｅ⁃ｓｈｅａｒ ｂｌａｓｔｉｎｇ 中铁资源集团有限公司在刚果（金）绿纱投资开 采铜钴矿，该矿主要岩性为含白云质页岩、白云岩、硅 化白云岩和砂岩，矿体出露于地表，适合露天开采。 在绿纱矿采场的东南部，一绿纱女子教会学校 ［刚果（金）文物级保护建筑］的部分校舍在爆破警戒 线范围内，距离最近处仅 １７６ ｍ。 校区和足球场则临 近爆破警戒线（见图 １）。 因此，绿纱矿在进行爆破作 业时必须针对教会学校制定严格的防护措施，以确保 教会学校建筑和人员的安全。 因绿纱矿不具备现场试 验条件，需要在伊春鹿鸣钼矿进行降低爆破振动验证 性试验。 通过试验来评估和验证相关降振措施的有效 性，为刚果（金）绿纱矿爆破减振措施进行技术储备并 积累经验，同时也对鹿鸣矿业优化爆破效果、提升爆破 振动管理水平具有积极意义。 该试验的目标为 １） 评价鹿鸣矿业现有的爆破振动水平。 ２） 对比与评价使用高精管与逐孔起爆技术后，爆 破振动水平的变化。 ３） 采用不同的延期时间组合，确定合理的延期 时间。 图 １ 绿纱教会学校与露天爆破采场位置关系 ４） 评估采用间隔装药、预裂爆破等控制措施在降 低爆破振动方面的作用。 ５） 对刚果（金）绿纱矿的降振方法与措施给出 建议。 １ 爆破振动的产生及控制措施 以爆破方式破碎岩石的过程是一个能量释放的过 ①收稿日期 ２０１４－０９－０２ 作者简介 彭崇民（１９６４－），男，江西南昌人，高级工程师，长期从事金属矿山生产及技术管理工作。 第 ３５ 卷第 １ 期 ２０１５ 年 ０２ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．３５ №１ Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２０１５ 程。 应力波的反射、拉抻作用使岩石得以破碎，同时， 多余能量也会沿着大地向远处传播，对附近的建筑物、 人员及设备产生危害。 这就是爆破的振动效应，与飞 石、冲击波、有毒气体、炮烟一起，共同构成爆破的五大 公害。 控制爆破振动有多种方式，其中常用的有逐孔 起爆方式、预裂爆破、分段装药及振动频率控制。 逐孔起爆方式的原理是在爆区起爆的每一个瞬 间，只有一炮孔起爆，同时相邻的炮孔间都设有合理的 延期时间，使得炸药能量能够受控制的有序释放，从而 减少了应力波的叠加，减少了爆破振动。 同时，先响炮 孔为后续炮孔增加了一个动态自由面，增加了应力波 的反射和拉伸，又促进了岩石的相互碰撞，可达到更理 想的爆破效果和更均匀的岩石块度。 预裂爆破是利用事先形成的预裂缝阻断或减小应 力波的传播，达到保护建筑物的目的。 分段装药是指 在一个炮孔内部，实现竖向不耦合间隔装药，并用不同 段别的雷管分别起爆，这样就减少了最大段药量，减缓 了能量的释放，达到降振的目的。 最新的技术（采用数码电子雷管）是调整炸药能 量释放的频率，使之与附近建筑物的固有频率错开，减 小共振效应。 这就需要用到高端的数码电子雷管，同 时研究应力波的衰减规律及建筑物的固有频率。 ２ 试验方案 ２．１ 试验步骤 根据刚果（金）绿纱矿提供的爆破参数，结合伊春 鹿鸣钼矿现场实际，确定的爆区规模为每个爆区 １００ 个 孔，等分为 ４ 排，每排 ２５ 个孔。 爆破参数为 矿石爆区 ４ ｍ ４ ｍ；岩石爆区４．５ ｍ ４ ｍ，炸药采用Φ９０ ｍｍ 包 装乳化炸药。 以上原则是尽量接近绿纱矿提供的爆破 参数，尽可能模拟出绿纱矿爆破的实际情况。 试验步骤为 １） 评估和测试鹿鸣钼矿现有的爆破振动水平。 试验 ２ 个区域。 ２） 其它参数保持不变的情况下，采用澳瑞凯高精 度导爆管雷管和逐孔起爆技术替换现用的普通导爆管 雷管和排间微差起爆技术，对比爆破震动的水平变化。 另外在试验过程中采用不同的地表管延期组合，以求 达到最佳爆破效果，并为鹿鸣钼矿后续的爆破积累经 验和参数。 该阶段试验 ３ 个区域。 ３） 采用孔内间隔装药的方式，将炸药更加均匀合 理地分布在岩石中，孔内采用不同延期时间的高精度 雷管，将单段的起爆药量进一步降低，以达到减小爆破 振动的目的，对比采用间隔装药方式与前 ２ 个阶段爆 破振动水平的变化。 该阶段试验 ３ 个区域。 ４） 孔内仍采用连续装药结构，在爆区边界采用预 裂爆破，利用先行起爆的预裂孔在爆区边界上拉开预 裂缝阻隔爆破振动波向周边传播和扩散，因此可以起 到降低爆破振动的目的，同时对比该阶段与前 ３ 个阶 段的爆破振动变化情况。 该阶段试验 ２ 个区域。 ５） 采用孔内间隔装药和预裂爆破组合的方式，进 一步控制爆破振动，对比该阶段与前 ４ 个阶段的爆破 振动水平变化情况，评估降振效果。 该阶段试验 ２ 个 区域。 ２．２ 测振仪器安装 绿纱矿边界距教会学校最近的校舍的直线距离为 １７６．８ ｍ，为保证足够的安全系数，需要在测试距离上 保留一定余量，选择距离爆区最后一排炮孔直线距离 １４０ ｍ 的位置安装测振仪器。 具体位置见图 ２。 图 ２ 测振仪器安装位置图 ３ 测试结果 受限于矿山场地及生产计划，实际的试验爆区与 理想状况有些差异，但大体符合技术要求。 图 ３～４ 为 几个典型的实际爆区网络图，为逐孔起爆方式。 图 ３ ７ 月 １６ 日 ４９５ 平台爆区设计图 图 ４ ６ 月 ２７ 日 ４６５ 平台爆区设计图 各爆区实测振动数据见表 １。 １２第 １ 期彭崇民 多种起爆技术组合降振在鹿鸣矿业的应用 表 １ 各区测振数据 试验爆区类型及日期 仪器 遍号 地振波种类及波速／ （ｍｍｓ －１ ） 切向波垂向波纵波 噪声 ／ ｄＢ 矢量合成 ／ （ｍｍｓ －１ ） 普通管排间微差起爆 ６ 月 ２０ 日 ４８０ 平台 １ 号１０．７１４．１２５．３１３３．７２９．７ ２ 号１３．１１５．２１６．０１３４．２１８．３ ６ 月 ２０ 日 ４９５ 平台 １ 号１３．７２２．５２３．５１３２．０２４．８ ２ 号１２．６２３．５１６．９１３０．８２４．５ 高精管连续装药结构 ６ 月 ２５ 日 ４６５ 平台 １ 号９．０２９．４０８．６４１１９．０１０．６ ２ 号５．５９１４．２１０．４１１９．２１６．４ ６ 月 ２７ 日 ４６５ 平台 １ 号８．５１１０．９１０．８１１２．４１３．３ ２ 号６．９８９．９１８．７６１１８．６１２．５ ７ 月 １６ 日 ４９５ 平台 １ 号９．０２１０．７１２．８１１９．４１５．１ ２ 号１０．９２５．４２０．１１２０．３１６．７ 高精管分段装药结构 ７ 月 ２０ 日 ４８０ 平台 １ 号未记录到数据 ２ 号１０．５５．３３６．６０１２１．７１０．６ ７ 月 ３１ 日 ４８０ 平台 １ 号１１．２２１．６１１．４１２１．４１３．６ ２ 号５．３３１３．１１０．０１２１．９１３．７ １ 号８．５１５．４６１２．２１１９．４１２．４ ８ 月 ２７ 日 ４６５ 平台２ 号１３．３４．３２１１．７１１８．７１１．３ ３ 号６．４８５．３３１１．６１１９．６１１．６ 高精管连续装药＋预裂爆破 １ 号６．６０６．６０８．８９１３６．６６．６２ ９ 月 ３ 日 ４６５ 平台２ 号５．３３４．０６３．９４１３５．８５．４３ ３ 号４．３２４．４４５．２１１３６．３６．９８ １ 号４．５７７．３７１０．７１４１．２９．３２ ９ 月 １０ 日 ４８０ 平台２ 号５．３３５．８４９．２７１３９．８９．６９ ３ 号４．１９９．５２６．６０１３８．４９．６６ 高精管分段装药＋预裂爆破 １ 号４．７０７．６２６．４８１３１．５７．７８ ９ 月 １４ 日 ４６５ 平台２ 号３．５６８．１３５．４６１３１．１８．２７ ３ 号６．３５５．０８３．６８１２２．５８．４５ １ 号９．０２６．８６１２．８１２９．８８．６ ９ 月 ２６ 日 ４６５ 平台２ 号４．９５６．９８１０．５１２６．４７．７ ３ 号４．０６５．４６７．４９１２９．０８．０６ 从振动测试的频率分析，相对于排间起爆，逐孔起 爆方式的振动频率整体上移，尤其最大峰值频率全部 处于 ２０ Ｈｚ 以上，有利于建筑物的保护。 同时，普通导 爆管的排间微差起爆方式中，最大峰值频率全部处于 ２０ Ｈｚ 以内，更接近于一般建筑物的固有频率（见图 ５ ～６）。 与普通导爆雷管排间微差起爆方式相比，综合 分析实测数据，应用逐孔起爆方式后，爆破振动直接下 降了 ４４％；使用逐孔起爆方式与分段装药相结合措施 后，爆破振动下降了 ５０．２９％；使用逐孔起爆方式与预 裂爆破相结合措施后，爆破振动下降了５８􀆱 ９３％；使用 图 ５ ６ 月 ２５ 日高精度雷管爆区振动频率与速度的关系 图 ６ ６ 月 ２０ 日普通雷管爆区振动频率与速度的关系 逐孔起爆方式、分段装药方式与预裂爆破相结合措施 后，爆破振动下降了 ６６．５％。 ４ 结 语 通过试验，证实了逐孔起爆技术、预裂爆破技术及 分段装药方式在爆破降振方面效果明显，应当结合刚 果（金）绿纱矿的实际，制定出切实可行的爆破降振方 案。 针对绿纱矿相对较高的爆破振动控制要求，建议 进一步试验小台阶爆破技术，并进行高端数码电子雷 管频率控制试验，以确保教会学校安全。 ２２矿 冶 工 程第 ３５ 卷