空气软塞减振装药结构在乌山铜钼矿的应用研究

王 骞 李二宝

（1．中国黄金集团内蒙古矿业有限公司；2．中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司）

爆破技术广泛应用于矿山、隧道等基础工程中，其产生的振动效应对矿山各种基础设施具有重要的安全影响［1-5］，为企业安全生产埋下了隐患。有针对性地降低爆破振动对矿山生产具有重要意义，其中改善装药结构在露天深孔降振方面具有巨大潜力，许多学者通过不同的研究方法针对具体工程特点做了许多工作。朱红兵等［6］通过爆轰波理论研究了空气软塞装药结构钻孔内一维不定常基波在炮孔中的作用过程及各点的压力变化过程，得出在梯段爆破工程中，空气软塞占炮孔长度的比例在30%～42%时，可以产生较好的爆破效果；吴亮等［7］通过数值分析软件对空气软塞装药条件下边坡爆破振动规律进行了研究，得出了爆源近、中区质点爆破振动峰值随着空气软塞在炮孔中的相对位置变化的规律；辜大志等［8］通过开展孔底空气软塞装药结构爆破振动试验，发现孔底空气软塞装药平均降振率为10%～15%。

本研究对乌山铜钼矿拟建粗破碎站附近生产爆区爆破振动速度进行监测，使用经验公式分析研究100 m范围内爆破振动速度与爆区最大段药量及爆心距之间的关系，并开展不同长度的孔口空气软塞装药结构下现场减振爆破试验，对爆破振动速度进行对比分析，研究不同长度孔口空气软塞装药结构的降振效果。

1 矿山地质概况及生产爆破参数

乌努格吐山铜钼矿（以下简称乌山铜钼矿）为特大型露天金属矿山，采用露天开采工艺，台阶高度为15 m，年采剥总量达到3 500万m3；矿山采用ϕ140 mm潜孔钻机穿孔，因水孔相对较多，炸药采用易普力抗硫乳化炸药，起爆药为0.5 kg中继起爆具，采用逐孔微差起爆技术，雷管为澳瑞凯高精度导爆管雷管（孔内400 ms，孔外9、17、65和100 ms延期雷管），采用装药车现场装药，炸药单耗约为0.70 kg/m3。为保证采剥作业进度和采剥作业计划，采场年平均爆破次数约1 000次，一个爆区一次爆破炸药量约20 t，方量约3万m3。因矿山采用高台阶陡帮开采工艺，且具有单段爆破炸药量大、爆破次数多、一次爆破规模大等特点，爆破振动危害效应突出。

2 采区生产爆破振动测试

2.1 爆破振动测试方案

露天生产爆破振动对露天边坡、建筑物、民房及各种基础设施等具有重要影响，爆破振动速度是衡量爆破振动大小的重要指标，为了达到降低爆破振动的目的，采用TC3850型振动速度测试仪对生产爆区100 m内的爆破振动速度数据进行收集，为了消除位置因素、环境因素对振动情况的影响，在生产爆区100 m范围内选取不同方向、不同位置的测线进行振动监测，生产爆区各测线布置示意图见图1，振动监测仪器摆放图见图2。

2.2 监测结果

根据矿山生产现场实际情况及爆破振动测点布置原则，统计每次爆破爆区最大段药量及测点距爆区的距离（爆心距），本次监测历时7 d，去除明显错误数据后，共测得有效数据13组，详细数据采集结果见表1。

2.3 爆破振动衰减规律分析

萨道夫斯基公式是考虑爆破能量传播介质性质和爆源条件的爆破振动速度衰减公式，对于爆破振动预测方面具有权威性，得到了广泛的推广应用［9-13］。根据振动监测数据，使用数据分析软件对其进行回归分析［14］，得到以ln（Q1/3/R）为横坐标、以lnV为纵坐标的拟合直线（图3），复相关系数R2=0.8。其中，Q为最大段药量，kg；R为距爆源距离m；V为爆破振动合速度，cm/s。

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得出采区连续装药结构下的爆破振动速度与爆区最大段药量、爆心距之间的关系曲线：

3 孔口空气软塞爆破减振试验

3.1 空气软塞装药结构减振机理分析

空气软塞装药结构使用空气塞在填塞层及炸药之间预留一段空气（图4）。炸药爆炸后，炸药能量在空气柱中得到缓冲，峰值压力被降低，增加了爆破能量作用在炮孔上的时间，使能量在粉碎区和破碎区分布不均衡的现状得到了改善，降低了爆破振动强度，提高了爆破能量利用率，改善了爆破效果。

3.2 试验内容及方案

不同的爆破装药结构对炸药爆破能量的传播具有一定的影响作用，众多专家学者做过相关研究［15-17］，通过采用孔口空气软塞装药结构，对炸药能量传播规律进行干预，达到降低爆破振动速度的目的。

针对本矿山工程地质条件及水文地质条件，为达到降低爆破振动的目标，并便于施工，采用孔口空气软塞装药结构，根据本矿山生产爆破参数，选取空气软塞长度1和1.5 m这2种对比方案，试验材料及现场试验装药见图5。

3.3 试验结果及分析

本次试验进行6组，共21个振动测试测点，其中空气软塞长度为1 m的测点15个，空气软塞长度为1.5 m的测点6个，对监测结果进行统计，并与前期通过回归分析出的爆破振动速度衰减公式进行对比分析，结果见图6。

由图6可知，在最大段药量固定的情况下，随着测点距爆区距离的增加，不同装药结构下的爆破振动速度值均呈现逐渐减小的趋势，且随着测点距爆区越来越远，爆破振动速度衰减的越来越慢，符合爆破振动速度衰减规律；对比空气软塞装药结构及常规连续装药结构可知，采用空气软塞装药结构的爆破振动速度明显降低，在爆心距25 m时，降振率达到3.2%，爆心距55 m时降振率为8.5%，爆心距100 m时降振率为6.5%，平均降振率达到8.89%。

在上述研究基础上，绘制空气软塞结构分别为1和1.5 m时的数据分析结果（图7）。

由图7可知，当炮孔中空气柱长度设置为1.5 m时，使冲击波的峰值压力明显降低，作用的时间增长，相较于1 m的空气柱长度，此参数（1.5 m）降振效果更加显著。

4 结 论

（1）通过对爆破振动速度监测值进行回归分析，得出了生产爆区100 m范围内的爆破振动速度衰减公式，为矿山生产爆区最大段药量控制及开展降振试验提供了数值依据。

（2）将爆区100 m范围内2种装药结构下（连续装药及孔口空气软塞装药）的爆破振动值进行对比，孔口采用空气软塞装药结构后爆破振动明显减低，平均降振率达到8.89%。

（3）采用1.5 m空气软塞装药结构后，更为有效地降低了爆破冲击波峰值压力，延长了爆破压力的作用时间，较1 m长度空气软塞装药结构下所产生的爆破振动更小。