露天矿山爆破振动影响与控制对策分析

张全龙，张才文

（云南华联锌铟股份有限公司，云南 文山 663700）

近年来我国社会经济飞速发展，现代化建设对各种矿产资源的需求也不断增多，爆破作业属于露天矿山开采活动过程中的重要环节，爆破作业产生的振动可能会对矿山附近建筑物造成破坏，同时容易引起矿坑边坡失稳或者滑坡等灾害的产生。怎样科学有效地控制露天矿山爆破振动强度，是现阶段露天矿山开采过程中必须引起充分重视的一个问题。唯有尽可能控制矿山爆破振动产生的影响，才能够降低露天矿山开采活动中安全事故的发生几率，确保作业人员和附近群众的生命财产安全。

1 露天矿山爆破振动的影响因素

露天矿山爆破过程中所产生的振动效应通常源自于炸药爆炸之后形成的能量对药包附近岩石带来的压力与破坏后，剩余爆炸能量虽然不会对岩石造成更多的破坏，但会让岩石质点出现弹性振动，这样的弹性振动往往会通过地震波的形式朝着外部逐渐扩散，进而对附近环境带来一定影响[1]。地震波通常包含了很多不同类型的波构成，按照其传播途径的差异，波能够划分成体积波以及表面波两种，体积波会造成介质出现拉伸或压缩变形，所以药包附近岩石受到破坏是体积波导致的，表面波的突出特征在于振幅大、频率低、振动时间相对更长且携带能力较大，这种波属于爆破振动产生的直接诱因。

1.1 不可控影响因素

此处所提到的不可控因素主要指的是不能提前进行预测且难以进行实际控制的影响因素，对露天矿山爆破活动可能带来的影响和后果是难以预估的。从当前露天矿山爆破作业的实际情况来看，爆破振动的不可控影响因素集中在地质和地形环境上。地质包含了爆破作业区域岩石的孔隙性、节理构造和风化情况，会对爆破时岩石的破碎程度带来影响，而地形一般是地面平整性、高低起伏等实际情况，会对爆破作业中振动波主频、幅值和频率范围等带来影响[2]。

1.2 可控影响因素

露天矿山爆破过程中振动的可控影响因素即是能够对振动进行有效控制的相关因素，从而降低振动带来的负面影响，促进露天矿山爆破作业效率的提高。从当前露天矿山爆破作业的实际情况来看，可控因素集中在炮孔直径、炸药单耗、孔网参数以及间隔时间等方面，例如说炮孔直径一般需要注意台阶高度、岩石破碎程度以及钻孔机等影响因素，要对炮孔直径予以合理确定，必须要综合考虑上述几方面的因素；炸药单耗是否符合爆破实际需要也会对矿山爆破作业和开采作业效率带来影响，炸药单耗的确定需要综合考虑岩石可爆破性和爆破目标等因素。在实际作业中应当根据露天矿山爆破的具体情况来对相关影响因素进行有效控制。

2 露天矿山爆破振动的控制对策

2.1 起爆间隔时间与装药方式

通过上文的论述我们能够了解到，由于露天矿山爆破作业时所产生的振动会带来很大的负面影响，导致爆破作业效率难以提升，甚至造成人身安全事故。在实践研究中发现，导致露天矿山爆破振动的关键性因素在于装药作业时未合理确定分段时间和装药方式，所以在实际爆破作业过程中必须要做好如下几方面的工作：一是对露天矿山的具体情况展开全面深入的调查分析，掌握爆破区域附近的地质条件以及地形条件；二是需要根据调查收集的相关资料，科学确定药柱高度和装药结构，这两点会对爆破振动带来非常大的影响，若设计不符合实际情况会导致爆破振动进一步增加，同时对爆破实际效果带来非常大的影响；三是应当确保装药方式和分段间隔时间的合理性，合理确定装药方式和分段间隔时间能够降低药柱高度，进而减小爆破振动，同时科学的爆破方式能够降低爆后产生大块岩石的几率，促进爆破作业效率的提升。

2.2 合理控制单段药量

露天矿山爆破作业中存在诸多影响爆破振动的因素，从当前的实际情况来看，露天矿山爆破存在可控与不可控两方面的影响因素，唯有借助于科学的预测分析和全面的调研考察，尽可能降低振动带来的风险性后果，同时主动落实好相应的控制措施，才能够真正将爆破振动带来的危害降到最低。针对露天矿山爆破作业过程中的可控性影响因素，单段药量的控制属于其中非常重要的一点，通常来说爆源到测点的距离属于非人为因素，然而最大单段药量的确定是我们能够直接控制的。所以在露天矿山爆破作业时应当结合具体的爆破需求来合理确定单段最大药量，从而减小爆破振动产生的危害。实际工作研究证明，合理减少单段最大药量可以在很大程度上控制爆破振动。随着现代科学技术的飞速发展与普及应用，在现阶段露天矿山爆破作业中能够选择运用高精度雷管以及数码电子雷管等技术，对露天矿山进行实时分段延迟爆破，同时在这一过程中和过去传统爆破所消耗的总药量基本上维持不变，但最大单段药量得以有效降低，不但能够控制爆破振动，还能够有效促进爆破作业效率的提升，为矿山开采提供更多的增益效果[3]。

2.3 科学确定爆破方式

对于露天矿山爆破作业来说，因为地形环境以及爆破目标的差异性，所选择的爆破方式也应当有所区别，例如小范围爆破和大范围爆破，相比而言大范围爆破所造成的负面振动影响必然会更大。目前较为普遍的矿山爆破方式主要是深孔大直径炮孔爆破，选择这一爆破方式能够在很大程度上降低爆破作业成本。通过实践研究能够了解到，采取深孔大直径炮孔爆破所产生的振动很大，其在实际应用中即便能够为露天矿山爆破作业提供一定程度的效益，然而若针对部分对振动相对敏感的区域，选择这一爆破方式会对矿山生产造成非常严重的负面影响，不仅会降低矿山作业效率，甚至还能够导致安全事故的出现。所以对于爆破方式的具体选择不能够单纯地注重其经济效益，更应当了解其优势与缺陷，结合露天矿山的具体情况和爆破目标需求来合理确定，如此一来才可以真正减弱爆破作业产生的负面振动影响，促进露天矿山生产作业效率的不断提升。

2.4 工作人员的专业素养

因为露天矿山爆破作业对于专业性和技术性的要求较高，要确保爆破振动得以有效控制，需要相关作业人员也应当拥有较高的专业技术水平和丰富的爆破作业经验。实际开始作业之前应当对相关人员实施考核，确保其符合专业水准要求后才能够上岗，确保矿山爆破作业的科学有序开展，防止因为专业能力不够或经验不足出现人为操作失误，造成较大振动[4]。

3 露天矿山爆破降振技术的应用

某露天矿山地处河北省邯郸市某县，该矿山实施露天开采作业，自上而下水平分层采矿法进行作业。正常爆破情况下选择三角形方式布孔，各次设置2 排炮孔，深度16m，炮孔直径140mm，炮孔间距5m，排距4m，最小抵抗线为3m，炸药单耗0.5kg/m3，单孔装药量为150kg，最大段药量750kg，每次爆破所消耗总药量保持在3000kg。该露天矿山与城镇距离较远，但开采安全距离之外依旧存在部分居民房屋和其他建筑物，与矿山开采作业范围最为接近的建筑物离爆破作业点之间的距离在320m左右。

我们知道，露天矿山爆破作业产生的振动和炸药量、装药结构以及传爆方向之间存在非常紧密的联系，如果一次爆破作业所用总药量一致，借助于逐孔爆破技术能够在很大程度上减少最大段药量；在炮孔底部区域设置空气间隔能够对装药结构予以优化，降低炸药单耗；科学确定传爆方向能够控制地震波大范围传播。所以为减轻爆破过程中产生的振动影响，该露天矿山实际爆破过程中有针对性的选择如下技术措施，同时针对实际振动控制效果展开分析。

3.1 逐孔爆破技术

运用逐孔爆破技术，如果总药量一致的前提下，借助于合理控制微差时间能够在很大程度上减轻产生振动的强度，逐孔爆破的间隔时间能够利用如下公式进行计算：

上述公式中，∆t指的是逐孔起爆的间隔时间（单位ms），K指的是系数，裂隙相对较少的岩石通常取值0.75，中等裂隙岩石取值1，裂隙相对多的岩石取值1.25，W 指的是炮孔最小抵抗线（单位m），f指的是岩石普氏系数。按照该露天矿山的实际地质情况，结合笔者实际研究经验，此次选择高精度毫秒延期雷管，孔内采取15 段375ms 延期雷管，将排延期时间保持在17ms或25ms，雁行列延期时间控制在42ms 或65ms，进行逐孔起爆。

3.2 选择空气间隔器

选择孔底空气间隔设备对爆破振动进行控制的基本原理是借助于轴向空气介质不耦合装药，减少爆破初期压力和爆破应力峰值，最终实现控制振动的目标。结合该露天矿山的实际情况，和连续装药爆破比起来，选择空气间隔器进行爆破的办法能够显著降低炸药单耗和岩石大块率，同时可以有效控制振动影响。该矿山最终选择BJQ 型气体间隔器，将它设置在孔底处，间隔高度1.5m。

3.3 合理确定传爆方向

爆破振动所产生的地震波在传爆方向进行叠加后会极大提升振动强度。因此前期设计的过程中能够把传爆方向背靠被保护物体，和被保护物体最为接近的炮孔开始起爆，按照从近到远的顺序依次起爆。最开始起爆的炮孔成功破碎岩石后，能够阻挡随后起爆炮孔形成的地震波朝着被保护建筑物传播，进而达到降低振动强度的目标[5]。

3.4 爆破振动监测分析

该露天矿山爆破降振作业选择便携式监测仪，主要针对振点的振速以及单轴最大振动频率，同时对收集到的监测数据实施分析研究。该露天矿山爆破作业时，一次爆破总药量为3000kg，最大段药量750kg，选择逐孔爆破方法，最大段药量150kg。分别运用上文中三类不同技术措施的情况下，对爆破四周多处建筑所处位置的振动实施监测，结果如下：

运用上述技术措施时，一次爆破总药量为3000kg 的情况下，在矿山附近三处建筑物位置所监测到的爆破作业所形成的最大爆破振动速度为2.23，4.78，3.4mm/s，都不超过正常爆破情况下的振动速度。而一次爆破总药量一致时，和正常爆破所产生的爆破振动速度实施对比后能够发现，选择逐孔爆破减少最大段药量后，爆破振动显著减少了30%左右，转变传爆方向后爆破振动减少了20%左右，运用空气间隔器的情况下，爆破振动减少了15%左右，灵活运用三种技术方案能够让爆破振动大幅减少40%左右，可以说取得了非常好的成绩，也实现了爆破降振目标。

4 小结

总而言之，随着近年来社会经济的发展，对矿产资源的需求也不断增加，露天矿山爆破作业也受到了越来越多的关注与重视。因为露天矿山爆破作业所产生的振动很可能对附近建筑物以及矿山正常开采带来影响，所以本文针对该问题展开了一番论述。本文主要探讨了露天矿山爆破振动的相关影响因素，提出了有效控制矿山爆破振动的几点对策，最后从实际案例着手论述了几种降振技术措施在露天矿山爆破过程中的实践运用，并对实际降振效果予以监测分析，希望借助于本文的研究能够真正提高矿山爆破降振效果，促进露天矿山开采作业效率的提升。