露天矿山爆破振动监测及分析方法研究

露天矿山爆破振动监测及分析方法研究
谭清燕，何慕平
（江西铜业公司　城门山铜矿，江西　九江　３３２１００）
摘 要：某露天铜矿山工程地质、水文地质条件复杂，边坡岩性基本为泥质边坡及风化岩边坡，采区爆破采用的是中深孔爆破，爆破振动对采区固定边坡稳定性影响较大，目前采区各个方向边坡均有不同程度垮塌现象。

本文主要探索采区爆破振动监测方法及监测数据分析方法，以在保证爆破效果的前提下，控制爆破振动，确保采区固定边坡稳固。

关键词：露天铜矿；爆破振动；边坡稳定性；振动控制
中图分类号：ＴＤ２３５．４６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２０）１９－０１５２－２
Research on Blasting Vibration Monitoring and Analysis Method of Open Copper Mine
TAN Qing-yan, HE Mu-ping
（Ｃｈｅｎｇｍｅｎｓｈａｎ　Ｃｏｐｐｅｒ　Ｍｉｎｅ　ｏｆ　Ｊｉａｎｇｘｉ　Ｃｏｐｐｅｒ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｊｉｕｊｉａｎｇ　３３２１００，Ｃｈｉｎａ）
Abstract: Ｔｈｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｈｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ａｎ　ｏｐｅｎ－ｐｉｔ　ｃｏｐｐｅｒ　ｍｉｎｅ　ａｒｅ　ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ，　ｔｈｅ　ｓｌｏｐｅ　ｉｓ　ｂａｓｉｃａｌｌｙ　ｍｕｄｄｙ　ｓｌｏｐｅ　ａｎｄ　ｗｅａｔｈｅｒｅｄ　ｒｏｃｋ　ｓｌｏｐｅ，　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｍｉｎｉｎｇ　ａｒｅａ　ｉｓ　ｍｅｄｉｕｍ－ｄｅｅｐ　ｈｏｌｅ　ｂｌａｓｔｉｎｇ．　Ｔｈｅ　ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｈａｓ　ａ　ｇｒｅａｔ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｉｘｅｄ　ｓｌｏｐｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｍｉｎｉｎｇ　ａｒｅａ．　Ａｔ　ｐｒｅｓｅｎｔ，　ｔｈｅ　ｓｌｏｐｅ　ｉｎ　ａｌｌ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｉｎｉｎｇ　ａｒｅａ　ｈａｓ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｄｅｇｒｅｅｓ　ｏｆ　ｃｏｌｌａｐｓｅ．　Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｍａｉｎｌｙ　ｅｘｐｌｏｒｅｓ　ｔｈｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｍｉｎｉｎｇ　ａｒｅａ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｄａｔａ，　ｓｏ　ａｓ　ｔｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｎｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｆｉｘｅｄ　ｓｌｏｐｅ　ｉｎ　ｍｉｎｉｎｇ　ａｒｅａ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｐｒｅｍｉｓｅ　ｏｆ　ｅｎｓｕｒｉｎｇ　ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔ．
Keywords: Ｏｐｅｎ　ｐｉｔ　ｃｏｐｐｅｒ　ｍｉｎｅ；　Ｂｌａｓｔｉｎｇ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ；　Ｓｌｏｐｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ；　Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ
该矿作为凹陷露天铜矿山，采区爆破均为中深孔爆破，采用“电子雷管+起爆药+乳化炸药”模式。

目前虽采用了电子雷管精准控制爆破延时，但总体爆破振动仍较大，对采区边坡（特别是已出现垮塌裂缝或已部分垮塌的边坡）稳定性影响较大。

虽然了解爆破地震对采区边坡必然有所影响，但仍存在影响程度未知、爆破振动未量化、爆破振动控制程度未量化等问题，需要通过爆破测振仪进行实地监测，并对监测数据进行分析，将分析结果用于爆破生产实际中。

考虑到矿山2014年购置了一台Minimate Blaster爆破测振仪，但一直未正式启用，仪器闲置也是一种浪费，故将此设备利用起来，通过项目组成员自主学习研究，以达到监测采区爆破振动，确保固定边坡稳固的目的，同时也解决了贵重仪器闲置问题。

1 现场实地监测，收集采区爆破振动数据
在完成仪器使用学习及仪器检定后，项目小组技术人员开始针对采区爆破震动进行监测，依据已经制定的《该矿采矿场爆破振动监测方案》，选取对采区生产影响最大的南部边坡进行针对性监测，并在采区南部边坡不稳定区域圈定了8个爆破震动数据监测点。

通过为期约1个月的不定期爆破数据监测工作，共收集了10组数据，其中有效数据8组。

2 监测数据分析研究
根据《爆破安全规程》（GB6722-2003）推荐的爆破振动衰减公式为：
其中，V—爆破振动速度，cm/s；
Q—最大段炸药量，kg；
R—爆心距，m，爆心距为爆破中心至测点之间的距离；
K—场地系数；
α—振动衰减系数。

通过对测得的10组有效数据进行回归分析，得出爆破衰减公式中的K值及α值。

根据现场测试的数据，分测振线分别对每条测线进行分析，采用世界上权威的萨道夫斯基公式回归计算分析，得出以ln(Q 1/3/R)为横坐标，lnv为纵坐标的回归直线；并得出反映爆破振动衰减规律的萨道夫斯基公式。

根据回归分析处理，露天矿山生产爆破振动在采区南部边坡方向爆破振动传播规律见下图：
图1 露天矿山生产爆破振动在采区南部边坡方向爆破振动传播规律
收稿日期：２０２０－０９
作者简介：谭清燕，男，生于１９８９年，汉族，江西赣州人，本科，助理工程师，研究方向：采矿工程。

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采区南部边坡爆破振动回归直线，回归分析结果如下：K=245.53
α=1.79
因此露天开采生产爆破振动在北部边坡方向爆破振动传播的萨道夫斯基公式即为：
其中，V—爆破振动合速度，cm/s；
Q—最大段炸药量，kg；
R—爆心距，m。

根据分析回归得出的爆破振动在采区南部边坡爆破振动传播规律，可得出在该方向不同最大段药量和不同爆心距相应的爆破振动速度，具体见表2。

由上表进行爆破振动分析：
通过上表可知，采区在靠近最终边坡最近35m内进行中深孔爆破，爆破振动将很可能超过10cm/s，而依据《爆破安全规程》（GB6722-2014），永久性边坡安全允许质点振动速度是10cm/s。

由上述分析得出爆破振动控制阶段性结论：
在采区南部边坡周边进行中深孔爆破时，在爆破点距边坡小于35m处时，最大段药量在200kg以上时，边坡爆破震动速度将达到10cm/s临界值，将会引起对最终边坡的破坏。

由上可知，矿山在靠近边坡35m距离以内爆破时，应严格控制最大段药量，确保爆破振动不会对采区南部边坡方向产生较大的影响。

同时考虑到采区南部边坡目前整体稳定性较差，前期主干道出现过裂缝，表面也有滑塌迹象，故安全距离应进一步扩大，具体安全范围需要进一步研究。

3 爆破监测成果的实际运用
依据爆破数据分析结果，对现场爆破数据进行指导，主要依据爆破爆心距、最大段药量与高边坡爆破振速关系表，选取采区各区域合适的最大单孔装药量，从而控制降低爆破振动对南部边坡的影响。

2020年1月初~3月初通过运用此次爆破振动监测及分析成果，进行了10余次爆破振动监测，爆破振速均在合理范围内，且爆破效果均为良好，在保证爆破效果的前提下，降低了爆破振动对南部边坡的影响。

表1 爆破振动监测原始记录表
序号监测日期爆破地点测震地点测点号
1（Tran）
（mm/s）
2（Vert）
（mm/s）
3（Long）
（mm/s）
合速度
（mm/s）
最大段药
量（kg）
高程差
（m）
水平距离
（m）
爆心距
（m）
12019.12.27东北-76m南部-70m1#0.2540.2540.3810.440230-24420420 22019.12.27西南-70m南部-70m1#0.3810.5080.5080.554280210210 32020.1.13南部-70m南部-58m2# 1.524 1.270 1.016 1.91320012300300 42020.1.19东南-70m南部+14m3# 4.445 3.4297.3667.47528084308308 52020.1.19西南-70m南部+14m3#0.1270.1270.2540.28419084590590 62020.1.20西南-58m南部-26m4#0.1270.1270.1270.22021084395395 72020.1.17西南-70m南部+38m5#0.1270.1270.1270.254200108530530 82020.2.28西部-82m西南-58m7#0.3810.2540.2540.58219024390390 92020.2.28西南-46m西南-58m7# 2.413 2.286 2.266 2.910216-12215215 102020.3.3西部-82m西南-70m6# 2.413 1.905 1.905 2.79419012360360
表2 不同段药量和不同爆心距相应的爆破振动速度
装药量R爆心距Q100110120130140150160170180190200210220230 1062.165.869.372.77679.282.385.388.391.29496.899.5102 1152.455.558.461.364.166.769.471.974.476.979.281.683.986.1 1244.847.55052.454.857.159.461.563.765.867.869.871.873.7 1338.941.143.345.447.549.551.453.355.25758.860.562.263.9 14343637.939.841.643.34546.748.349.951.55354.555.9 1530.131.833.535.236.838.339.841.342.744.145.546.848.149.4 1626.828.429.931.332.834.135.536.838.139.340.541.742.944 172425.426.828.129.430.631.83334.135.336.437.438.549.5 1821.72324.225.426.527.628.729.830.831.832.833.834.735.7 1919.720.9222324.125.126.1272828.929.830.731.532.4 20181920212222.923.824.725.526.427.22828.829.5
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