某石料厂石材开采爆破震动测试与分析.pdf

第 22卷 第 4期 2005年 12月 爆 破 BLASTING Vo. l 22 No . 4 Dec . 2005 文章编号1001- 487X 2005 04- 0032- 03 某石料厂石材开采爆破震动测试与分析 彭德红 义乌工商学院土木工程系, 浙江 义乌 322000 摘 要 为了确定某石料厂石材开采时爆破震动衰减规律及其对邻近村庄建 构 筑物的安全影响大小, 对该厂某次开采爆破进行了震动测试。通过分析实测数据, 找到适合于该厂石材开采爆破的 k、 值以及最 大单响允许起爆药量, 得出一系列结论, 为其预测爆破地震强度和采取降震减震措施提供了理论依据。 关键词 石材开采; 爆破震动测试; 质点峰值震动速度; 频率; 回归分析 中图分类号 TD 235 . 1 文献标识码 A Test and Analysis ofBlasting Vibration in Exploition of Stone in a StoneM aterials Factory PENG De hong Depart m ent of CivilEngineering, Yi wu Industrial and Commercial College, Yi wu 322000 ,China Abstract To deter mine the attenuation la w of blasting vibration and the i mpact on security of near building structures in the exploition,the author tested a vibration in exploiting blasting in a factory . By analyzing the data of surveying ,the author finds the suitable k, and a maxi mum explosive quantity of single blasting for exploiting stone material in the factory , and draws a series of conclusions ,offers theoretical foundation for predicting intensity of blasting vibrationswhen taking measures to lo wer and reduce blasting vibrations. Key words exploition of stone ;test of blasting vibrations ;peak particle vibration velocity ppv;frequency ; regression analysis 收稿日期 2005- 03- 20 . 作者简介 彭德红 1979- , 女; 义乌 义乌工商学院土木工程系教 师, 硕士. 1 工程概况 武汉市某石料厂在石材开采过程中, 邻近爆区 的某村居民对爆破震动反应强烈。为了弄清爆破震 动衰减规律及其对采场周边民房震动影响的大小, 确定开采爆破时该村的最大地面质点振速和主频, 寻求保证该村居民建 构 筑物安全的最大单响药 量, 同时研究扩大爆破规模时的降震措施, 应施工单 位要求, 对该村距离爆区较近的区域进行爆破震动 安全监测。 该石料厂所采石材岩石主要为花岗片麻岩, 表 层为强风化层, 大部分被粘土覆盖; 以下为中等风化 层, 岩体软夹层较多, 裂隙发育。爆区周围环境较 好, 东方 正前方 约 1 000m 为一村庄、 约 100m 处 为该厂办公区域; 东北方向为反应强烈的村庄, 该村 共 106户, 最近居民户离爆区约 300m, 村庄大部分 房屋为非抗震的一般砖房, 少部分为非抗震的土房、 毛石房; 南方、 西方、 北方均为空旷地带; 村庄海拔高 度比爆区约低 50 m。爆破震动测试环境示意图如 图 1所示。 2 爆破震动测试 2 . 1 爆破方案 此次测试时的具体开采爆破参数为 孔径 d 90 mm, 孔深 L 11m, 孔距 a 4m, 排距 b 3 . 6m, 最大 图 1 爆破震动测试环境示意图 单位 m 单孔装药量 Qmax 39 . 6 kg, 共 18孔, 总装药量 500 kg , 中间起爆 两边以 MS4隔开 , 采用孔内导爆索、 孔外 MS5联接的单孔单响的毫秒微差起爆技术。 2 . 2 测试系统 选择合理的监测系统将直接影响测试结果的真 实性, 甚至关系到测试的成败。选择测试系统时, 应 根据施工现场地质地形条件和爆破参数, 预估被测 信号的幅值范围和频率范围, 测试系统的幅值范围 上限应高于被测信号最大预估值的 20 , 频率范围 上限应是被测信号最大预估频率的 10倍以上 [ 1]。 根据上述选择原则, 测试仪器采用成都中科动态仪 器有限公司生产的 EXP3850爆破振动仪及配套的 速度传感器, 其采样率 1 200 K, 分辨率 16 bi, t 量 程 400mV 20 V, 可实现多通道数据采集、 存储和 分析。测试前, 对测试仪器进行系统标定。测试系 统如图 2所示。 图 2 测试系统示意图 其测试原理 由传感器输出信号经过信号调理 后进入 12位 A /D转换, 时钟、 触发控制电路控制 整个采集过程。所采集的波形数据通过 RS232接 口传输到 PC机进行分析和数据处理。 2 . 3 测试参量 大量观测表明, 爆破地震破坏程度与振动速度 关系密切, 爆破安全规程 GB6722 2003 [ 2] 规定以 地面质点振动速度作为建筑物地震安全标准, 因此, 测试采用质点振动速度作为爆破震动的测试量。 炸药爆炸引起岩石内部质点振动有垂直向、 水 平径向和水平切向 3个速度分量, 一般水平切向振 速较小, 垂向和径向振速较大。据研究, 在高差不 大、 近距离范围的情况下, 一般是垂向速度分量对爆 破地震起控制作用; 在高差大、 距离较远时, 一般是 水平径向速度分量对爆破地震起控制作用。考虑到 实际距离居中, 仍进行三向测试。 2 . 4 测点布置 根据测试要求, 将测点分别布置在距离爆区较 近的基岩、 居民房屋附近以及室内地面连线上, 离爆 区 150 350 m, 共布置 5个测点, 每个测点布置 3 台传感器, 分别测垂直向、 水平径向和水平切向震动 速度, 离爆区由近到远分别为 1 5 测点。各测点 耦合情况见表 1 , 布置示意图见图 3 。 图 3 测点布置示意图 3 结果与讨论 3 . 1 测 试 为寻找爆破地震波衰减规律, 按照预定的监测 方案进行了爆破振动测试, 共取得了 5个点次的数 据。通过对波形图进行时域分析和频谱分析, 得出 各测点的实测振动数据。测得的结果如表 1所示。 表 1 爆破震动测试数据表 测点 爆心距 /m 耦合情况 质点震速 V / c m∀ s- 1 主频率 /Hz 垂向水平径向水平切向垂向水平径向水平切向 1 150插入土中0. 562 10 . 770 60. 644 524 . 780 324. 780 324. 780 3 2 200粘在基岩上0. 402 90 . 427 10. 462 620 . 497 821. 863 222. 765 4 3 250插入土中0. 378 20 . 533 90. 420 619 . 035 719. 892 619. 562 4 4 300粘在基岩上0. 289 90 . 371 50. 378 117 . 089 816. 357 016. 845 9 5 350粘室内地面0. 024 70 . 266 40. 202 215. 42917. 344 024. 780 3 33第 22卷 第 4期 彭德红 某石料厂石材开采爆破震动测试与分析 3 . 2 分 析 根据工程爆破界公认的萨道夫斯基爆破震动经 验公式 1, 可以回归出在本测试条件下该石料厂 开采爆破地震波传播规律 [ 3]。 v k 3 Q R k 1 式中, k为与地质、 爆破方法等因素有关的系数; 为与地质条件有关的地震波衰减系数; Q 为与振速 V值相对应的最大一段起爆药量, kg ; R 为测点与爆 心的直线距离, m; 为比例药量, Q 1/3 /R 。 综合考虑各种因素, 通过对所测数据进行处理, 剔除其中部分离散性较大的数据, 并通过线性回归 分析求得 k 107. 85 、 1 . 39 , 相关系数 0 . 927。 根据上述回归得到的开采爆破震动传播规律, 可反算出为确保村庄居民房屋安全的最大单响药量 为 Qm axR 3[ v] 107 . 85 3 1. 39 2 拟保护的居民房屋结构不同, 其允许的地面质 点安全振速 [ v]也不同, 那么它所对应的爆破安全 最大单响药量也不同。对于该村居民房屋, 取 [ v] 0 . 7 c m /s , 则 Qmax 1 . 897 8 ∃10 - 5R3, 则随着爆破 点至村庄距离的不同, 最大单响安全起爆药量也不 同, 不同距离最大单响药量见表 2。 表 2 该村居民建 构 筑物允许的最大单响 安全起爆药量表 爆心距 R /m250275300350400 最大单响安 全药量 Qm ax/kg 2963955128131 214 由表 1还可以看出 1 从各波形图可知, 随着爆心距不同, 各测点 振动持续时间有一定的差异, 但并非是随着距离的 递增而呈单一的变化, 这是由于爆破场地内并不是 完整的基岩, 各测点的分布随现场地质状况有所变 化。因此, 可以这样认为, 在近距离内测点处的爆破 振动持续时间与测点距爆破中心的距离关系不大, 而与爆破参数和测点处的地质条件关系更大; 2 质点峰值振速随距离变化比较明显。随着 距离的增加, 质点峰值振动速度减小, 且随爆心距的 逐步增加, 质点峰值振速的衰减速率逐步降低。这 说明在同段最大药量相同时, 质点峰值振动速度有 随距离增加呈指数衰减的趋势; 3 从上述实测的爆破震动质点速度可知, 该石 料厂开采爆破对村庄引起的地面质点最大震动速度 为 v 0 . 533 9 cm /s , 各质点水平向 径向、 切向 震 动速度均大于垂直向, 震动主频为 15 25 H z 。小 于规程 规定的 一般砖房、 非抗震的大型砌块建 筑物 也小于 规程 规定的 土窑洞、 土 坯房、 毛石房屋 b . 根据测试数据回归分析, 该石料厂深孔爆破 场地的爆破地震波衰减规律中的 k、值分别为 107 . 85和 1 . 39 , 为该厂的爆破地震波强度预测提供 了理论计算依据。利用该公式, 可确定出爆破振动 所允许的一次最大起爆药量; c . 从测试结果可知, 目前的开采爆破, 对距爆区 250 m的村庄建 构 筑物而言, 所产生的震动速度 为 0 . 533 9 c m / s , 尚未超过国家标准规定的震动速 度值, 不会造成损坏; d . 频谱分析表明, 震动频率范围为 15 25H z , 高于一般民用非抗震建筑物自振频率, 不会出现共 振现象。由于震动能量较小, 震动频率的差异, 与天 然地震具有能量大、 频率低 通常 5 H z、 持续时 间长 ∋100 s 且有余震的特征相比, 存在显著差 别, 其破坏形态和影响范围也大不一样, 因而不会对 建筑物造成震动破坏。 参考文献 [ 1] 孟吉复, 惠鸿斌. 爆破测试技术 [M ]. 北京 冶金工业 出版社, 1990. [ 2] GB6722 2003, 爆破安全规程 [ S]. [ 3] 张雪亮, 黄树棠. 爆破地震效应 [M ]. 北京 地震出版 社, 1980. 34爆 破 2005年 12月