广西桂物爆破工程有限公司 广西南宁 530001
摘要：爆破技术作为一种常规工程手段被广泛应用于矿山开采、隧道开挖、构筑物拆除、大型水利水电设施建设等各个领域，为人类工程建设发展做出了巨大贡献。然而在爆破技术带来巨大便利的同时也伴生了一些不利因素，爆破活动伴生的爆破振动往往给附近的建构筑物带来巨大的安全隐患。爆破振动响应机制及减少爆破振动产生的影响也是众多学者研究的重点课题。本文在此基础上主要研究了爆破振动对巷道稳定性的影响。
关键词：爆破振动效应；巷道稳定性
1引言
在围岩较松软破碎的巷道中，在频繁的爆破震动效应作用下，巷道围岩损伤会进一步加剧，致使围岩的稳定性大幅的削弱。爆破震动效应造成的安全隐患广泛存在，例如采场空区因爆破震动效应而出现扩大、采场巷道发生冒顶、片帮及失稳破坏等安全事故，极大影响到矿山正常生产以及地下作业人员的生命安全。因此，研究地下矿山回采爆破震动效应对地下采场巷道围岩的影响，尤其是爆破震动的累积效应，进而得出能有效降低爆破震动危害的控制措施，对保证地下过程中巷道的稳定，确保矿山安全高效生产有着重要意义。
2基本概况
某钒矿矿石回采主要采用水平深孔阶段矿房法。采场内上下盘各设有一个脉外沿脉输巷道，分别位于白云岩和炭硅质板岩中，岩性较好无需支护。另外，每个采场中有5条穿脉巷道（即回采进路），与上下盘脉外沿脉运输巷道贯通。穿脉巷道垂直矿体走向通过矿体，巷道有少部分处于矿体所在的泥灰岩中，岩性破碎且稳定性较差，必要时需要给予支护。矿块切割过程中，需在矿体中间偏下处沿脉掘进拉底巷道，完成后通过上向中深孔爆破作业将其开辟出拉底空间，为接下来的分层爆破提供足够的自由空间。整个切割回采过程中，都需要进行中深孔爆破作业。反复的爆破震动会对采场内部的巷道产生不利影响。尤其是位于矿体泥灰岩中的巷道，自身岩性较破碎，在反复爆破震动作用下极易发生破坏甚至垮塌。
3巷道迎爆侧岩体质点振动规律解析解
岩体在爆破应力波作用下的动力响应问题非常复杂，不同爆破方式下的岩体受力模型也不尽相同，而且岩体的受力状态还受到应力波反射、岩石裂隙和爆破参数等因素的影响，建立一个能全面反映上述因素的数学模型是非常困难的。因此，本文对一些条件进行以下假设以使模型简单化：岩体为各向同性的均质弹性体、介质适用于摩尔－库仑准则、将爆破简化为球形药包爆炸。球形药包爆炸后，爆炸使岩体产生爆腔和破碎区，可以将爆炸后的介质分为弹性区和非弹性区；在计算弹性介质中球形药包爆炸问题时，将非弹性区半径设为a，球心为爆炸点，爆炸后作用到球腔表面上的压力P（t）为均匀分布，仅产生P波，不产生s波，如图1所示。
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4爆破震动测试
炸药发生爆炸作用是一个比较复杂的物理化学反应，也是一个能量的转化以及传递的过程。岩体中进行的爆破，必然对其周遭的围岩产生拉应力、剪应力、压应力等力学作用。岩体在这些力学作用下的也会产生改变，同时会通过岩石的物理力学效应显现出来，诸如岩石变形、破裂等。因为岩石受到爆破震动的作用而产生物理力学性质的改变不易被记录，因此一般爆破震动测试通常会用电测法来记录这些改变，其原理是将岩体的力学参量的变化转换为电信号，通过对电信号的转换与处理，从而有效记录爆破震动的诸多参数。爆破测振仪是用来对爆破振动信号进行采集、记录、存储于一体的测振设备主要由拾振器（传感器）、震动记录仪、计算机和信号处理软件等组成。拾振器放置于待测点，通过数据线信号接口与震动记录仪相连，并将拾取到的爆破震动信号传送给记录仪记录与存储。测试完成后，将测振仪与电脑提供数据交换线连接好后，通过与测振仪配套的信号处理软件将存储的信号提取并存放在电脑中以便后续的分析和处理。通过对爆破震动进行监测，可以了解和掌握爆破地震波的诸多特征（如峰值震速、加速度、位移、频率等），衰减规律以及对建筑物的影响，破坏机理等；同时可根据检测结果及时修改的爆破参数和施工方法，制定并指导爆破地震安全措施进行调整，以减少爆破振动的不良影响。爆破振动测试系统一般由以下几个部分组成：
目前，爆破振动测试内容主要有以下两个方面：（1）爆破地震波在传播过程中的衰减规律以及地震波通过的介质与周边环境对其传播的影响，爆破地震波参数（质点振动速度、加速度、位移、频率）同爆破方式之间的关系；另一方面是研究建筑物对于爆破振动的响应方式和特征，以及这一响应方式和爆破方式、构筑物结构特点的关系，就是指“反应谱”的测试。我国目前现行《爆破安全规程》(GB6722-2003)中详细要求了对于爆破震动的现场测试内容、要求以及爆破震动衰减规律的计算方法。实际监测过程中，爆破测振仪会记录下该次爆破质点的三个方向的震速、加速度、位移、主频、持续时间等参数，通常选取质点的峰值震速最为评价的主要参考因素，即质点峰值的速度按前苏联标准的萨道夫斯基公式进行确认即：
式中：Q—单段最大炸药量，kg；R—爆心距，m；K、α—反映所采用的爆破方式、地质条件、场地状况的参数；ρ—比例药量。在某些较为特殊的情况下，例如爆破作业存在较大危险的区域，对于K、a的取值大小决定了如何确定单段最大起爆药量及安全距离等重要爆破安全参数。所以常常通过一系列的爆破现场试验，对监测到的数据进行统计回归处理得到，进而指导该处的爆破作业，以确保作业安全
5爆破动载作用下巷道破坏范围分析
巷道支护结构在爆破应力波作用下产生的破坏，主要是由支护结构上的应力变化所致。Grif-－fith准则认为，岩石的破坏本质上是拉应力造成的，因此动态应力可以作为判断损伤的标准。但对支护结构在爆破应力波下的损伤破坏通常参照质点峰值速度和位移等物理量，其中质点峰值速度最为常用。图2是单次最大起爆药量分别为100、200、300、400kg时巷道迎爆侧岩体质点振动速度最大值随爆心距的变化曲线。从图2中可以看出：随着爆心距的增大，巷道迎爆侧岩体质点振动速度最大值呈负指数函数形式快速衰减，在10～15m范围内岩体质点振动速度最大值降低较快，在10～15m范围外振动速度逐渐减小最后趋于平缓。随着单次最大起爆药量的降低，巷道围岩质点振动速度也快速降低。根据《爆破安全规程》可知，矿山巷道围岩的安全振速为15～30cm／s，当单次最大起爆药量为400kg时，在爆心距大于15m时围岩质点振动速度才降低到30cm／s；当单次最大起爆药量为100kg时，在爆心距大于10m时岩体质点振动速度才降低到30cm／s。由此可见，在采矿爆破动载影响下，爆心距在小于10～15m范围内，巷道受到的爆破动载破坏最为严重，这也是支护结构最容易发生破坏的区域，只有降低单次最大起爆药量才能有效保证近爆区域巷道及支护结构的安全。
6结束语
本文在建立理论分析模型时对岩体的实际情况进行了简化，没有考虑裂隙等因素对应力波的影响，同时对应力波的传播过程进行了简化，没有考虑其他方向上应力波对岩体振动的影响，多种形式下的矿山爆破引起的岩体振动问题还需要做进一步的研究。
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论文作者:卢进雄
论文发表刊物:《防护工程》2019年10期
论文发表时间:2019/8/15
标签：巷道论文; 应力论文; 围岩论文; 质点论文; 药量论文; 矿体论文; 速度论文; 《防护工程》2019年10期论文;