金堆城钼矿小孔径减震爆破试验研究

叶海旺 何成斌 王 亮 徐文文 张迎吉 王建军

(1.武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北 武汉 430070；2.金堆城钼业股份有限公司，陕西 西安 710077)

金堆城钼矿小孔径减震爆破试验研究

叶海旺1何成斌1王 亮1徐文文1张迎吉2王建军2

(1.武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北 武汉 430070；2.金堆城钼业股份有限公司，陕西 西安 710077)

为降低爆破震动对东川河隧洞的影响，在金堆城南露天矿1 200 m平台进行140 mm小孔径爆破试验，并分别对震动数据和爆破块度分布进行分析研究。结果表明：与常规生产爆破相比，小孔径爆破振速明显减小，减震率达到60%～75%；小孔径爆破具有大块率低、平均块度小、破碎效果好等优点，并找出了小孔径爆破下的安全距离。用ANSYS建立台阶爆破的有限元模型，通过数值模拟进一步验证了小孔径爆破试验所得安全距离和减震率的可信度。

小孔径爆破 安全距离 减震率 破碎效果 数值模拟

金堆城南露天矿采场下即为东川河引水隧洞，在以往生产爆破中，隧洞内置测点已检测到质点振动峰值速度达到9.85 cm/s。根据中华人民共和国国家标准《GB 6722—2011 爆破安全规程》，该振动速度值已接近水工引水隧洞的安全警戒值。而此时隧洞与采场爆源中心的相对位置为129 m；随着采场进一步向下延伸，采场爆源与隧洞之间的距离会越来越近，最近距离仅有约40 m。为了确保东川河引水隧洞的安全，很有必要寻求一种或多种行之有效的减震控制爆破方法。鉴于小孔径爆破以其爆破粒度均匀且小，爆破震动小等优点[1]，此处采用小孔径爆破方法在南露天进行试验，探索其实际适用性[2]。

1 现场试验方案简介

南露天常规生产爆破采用的是直径为250 mm的炮孔，孔网参数为孔距9 m、排距为7 m、堵塞长度5.5～6 m，微差时间孔间25 ms、排间65 ms。小孔径爆破试验在1 200 m平台上进行，采用140 mm炮孔，分2个爆区进行，每个爆区均为7个炮孔，分2排布置，第一排4孔，第二排3孔。由于2爆区的岩体完整性不同，一爆区孔网参数为孔距5 m、排距4 m、堵塞长度5 m，二爆区孔距5.5 m、排距4 m，堵塞长度5 m，微差时间均为孔间25 ms、排间65 ms。在每个爆区平台及其上下相邻台阶布置测点。利用块度分析软件Split-Desktop3.0对爆破后岩石块度进行分析。将震动测试和块度分析结果与常规生产爆破做比较，探讨小孔径爆破破碎以及减震效果。

台阶上共布置10台TC-4850动态测试仪，在1 200 m平台上布置14#、15#、16#、17#、18#、20#6个测点，2爆区中线上布置4个测点19#、13#(1 188 m平台上)、21#(1 212 m平台上)、22#(1 224 m平台上)。传感器Y方向指向爆区，X方向与破底线平行。

2 爆破震动数据分析

2.1 安全距离确定

试验工况条件为爆区台阶高度12 m，爆区采用垂直孔，孔距5 m，排距4 m。单孔装药量为116～128 kg，采用混装乳化炸药，连续装药结构，装药长度8 m，堵塞长度为5 m，炮孔直径为140 mm[3-4]。测得震动数据按爆心距从小到大排列，见表1。

表1 测得小孔径爆破震动数据Table 1 Measured small diameter blasting vibration data

《GB 6722—2003 爆破安全规程》对爆破振动允许安全振速的规定：水工隧洞爆破振动频率f≤10 Hz时，安全允许质点振动速度在7～8 cm/s；10 Hz≤f≤50 Hz时，安全振速为8～10 cm/s；f>50 Hz时，安全振速为10～15 cm/s。以此为依据，从表1中读出振动速度在7、8、10、15 cm/s时对应的安全距离(爆源与保护对象间的最小距离)见表2。

表2 小孔径爆破安全距离Table 2 Safety distance of small diameter blasting

为了保证安全，X、Y、Z3方向对应的安全距离取最大值，15 cm/s振速下对应的Z方向安全距离较小，为了保证仪器安全，未检测出来。振动速度在7、8、10 cm/s时，对应的安全距离为42、39、36 m。采用同样的方法，常规生产爆破的爆破振速按7、8、10 cm/s进行控制，所对应的安全距离分别为108、93、70 m。由此可见，常规生产爆破是小孔径爆破安全距离的2～2.5倍，说明小孔径爆破减震效果明显，可满足临近隧洞区域安全爆破要求。

2.2 减震率分析

减震率是相同距离下振动速度减小的比率，计算公式为

(1)

式中，v2为常规生产爆破的合速度，m/s；v1为小孔径爆破的合速度，m/s。合速度即X、Y、Z3个方向速度的矢量和。

由爆心距在30、40、50、60、70、80、90 m时小孔径爆破与常规爆破的合速度值算出减震率[5]，列于表3中。

表3 小孔径爆破的减震率Table 3 Damping rate of small diameter blasting

在相同爆心距下，小孔径爆破与常规生产爆破相比，振动速度明显降低，减震效果明显，减震率达到60%～75%。在采场临近东川河隧洞时，采用小孔径爆破，可以明显降低震动。

3 爆破块度分析

在爆破后拍摄爆堆图片，利用数字图片块度分析软件Split-Desktop3.0进行分析，得到2种爆破方式下岩石块度分布，将块度大小与所占比例关系绘成图1。

图1 小孔径爆破与常规生产爆破后岩石块度分布Fig.1 Rock fragment distribution of small diameter and conventional production blasting□—常规生产爆破；■—小孔径爆破

小孔径爆破后，岩石块度主要集中在30 cm以下，比例达到87%以上，平均块度13.69 cm，最大块度为71.4 cm；常规生产爆破块度小于75 cm的比例在83%左右，平均块度40.54 cm，最大块度达到112.33 cm。可见，小孔径爆破岩石充分破碎，从破碎效果角度分析，对临近隧洞需要重点保护的区域，采用小孔径爆破，不但安全而且破碎效果较好，可有效降低大块率。

4 小孔径减震爆破数值模拟分析

4.1 模型的建立

数值模拟工况条件与现场试验条件相同，用ANSYS建立台阶爆破的有限元模型。用显式动力分析程序LS-DYNA进行计算[6]，岩体计算采用程序中的RHT模型，堵塞段采用mat_soil_concrete材料模型。爆区在台阶边缘，以爆区为中心，上下台阶各布置5个测点。

4.2 模拟数据及分析

LS-DYNA进行计算后，所得数据列于表4中。

表4 模拟所得峰值振速Table 4 The simulated peak of vibration velocity

爆心距在30、40、50、60、70、80、90 m时的合速度见表5。

表5 数值模拟定点合速度Table 5 Numerical Simulation of fixed resultant velocity

4.3 小 结

由表2中数据可知，小孔径爆破数值模拟所得安全距离，除了个别与现场试验所得安全距离不同，但最终安全距离取最大值，与现场试验结果一致，因此在临近隧洞42 m处，采用小孔径爆破是安全的。振速在15 cm/s时安全距离离爆区太近，现场试验为保证仪器安全未检测出，但在数值模拟中得出为30 m，对现场爆破有一定的指导作用。

表5中为数值模拟所得定点震动合速度，与表3中现场试验所得定点合速度基本相同。与常规生产爆破震动合速度相比，减震率同样在60%～75%，小孔径爆破数值模拟结果验证了现场爆破试验所得结果的准确性。

5 结 论

(1)小孔径爆破条件下以7、8、10 cm/s振速为基准得出的安全距离分别为42、39、36 m。常规生产爆破对应安全距离(108、93、70 m)是小孔径爆破安全距离的2～2.5倍，小孔径爆破安全距离明显减小，可以满足临近隧洞部分区域安全生产要求。

(2)小孔径爆破与常规生产爆破相比，振动速度明显降低，减震效果明显，减震率达到60%～75%。

(3)小孔径爆破平均块度13.2 cm左右，最大块度为71.4 cm，与常规生产爆破(平均块度40.54 cm，最大块度达到112.3 cm)相比，大块率降低，破碎效果好。

[1] 叶小勇.小孔径深孔爆破技术及其应用[J].福建建材，2001(4):27-28. Ye Xiaoyong.Small diameter blasting technology and its application[J].Fujian Building Materials，2001(4):27-28.

[2] 赵亚军,王 军.露天矿小孔径削坡爆破实践[J].金属矿山，2011(6):189-190. Zhao Yajun，Wang Jun.Practice of small diameter blasting in cutting slope of open pit mine[J].Metal Mine，2011(6):189-190.

[3] 王淑亮，吕士诚，康 斌.小孔径中深孔爆破在蟒山灰岩矿中的应用[J].水泥，2011(12):32-33. Wang Shuliang，Lv Shicheng，Kang Bin.Deep hole blasting of Small diameter in Mangshan limestone mine[J].Cement,2011(12):32-33.

[4] 刘 军.小孔径深孔爆破在石灰石矿山开采中的应用[J].矿山技术，2005(3):93-94. Liu Jun.Deep hole blasting of Small diameter in limestone mine[J].Mining Technology，2005(3):93-94.

[5] 徐成光.小孔径深孔预裂爆破在高边坡开挖中的应用[J].爆破，1999(4):36-37. Xu Chengguang.Application of slim-hole blasthole presplitting blasting in the high-slope excavation[J].Blasting，1999(4):36-37.

[6] 时党勇，李裕春，张胜民.基于ANSYS/LS-DYNA8.1进行显式动力分析[M].北京:清华大学出版社,2005. Shi Dangyong，Li Yuchun，Zhang Shengming.The Explicit Dynamic Analysis Based on ANSYS/LS-DYNA8.1[M].Beijing：Tsinghua University Press，2005.

(责任编辑 徐志宏)

Small Diameter Damping Blasting in Jinduicheng Molybdenum Mine

Ye Haiwang1He Chengbin1Wang Liang1Xu Wenwen1Zhang Yingji2Wang Jianjun2

(1.SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering，WuhanUniversityofTechnology，Wuhan430070，China；2.JinduichengMolybdenumCo.，Ltd.,Xi′an710077,China)

In order to reduce the impact of mining blasting vibration on Dongchuan River tunnel，140 mm small diameter blasting test was carried out on 1 200 m plate of southern Jinduicheng molybdenum surface mine.The detected blasting vibration data and rock fragmentation were analyzed in accordingly.The results showed that the blasting vibration velocity of small diameter blasting was significantly reduced compared with conventional production blasting of the mine，and the damping rate arranged from 60% to 75%.The small diameter blasting has advantages of low bulk rate，small average fragmentation and good rock fragmentation.At the same time，the safe distance of small diameter blasting was obtained.The finite element model of bench blasting was established with ANSYS，and the numerical simulation results confirmed the credibility of safety distance and damping rates from small diameter blasting experiments.

Small diameter blasting，Safe distance，Damping rate，Rock fragmentation，Numerical simulation

2013-11-21

叶海旺(1971—)，男，副教授，硕士研究生导师，工学博士。

TD235.39

A

1001-1250(2014)-01-043-03