郭清川;王建鑫
【摘 要】地震波通过岩石地层传播,引起地表或岩层内结构质点振动,导致构筑物、边坡等不同程度的破坏,纳林庙灾害治理工程在露天剥离爆破过程中,产生的地震效应使附近贾家塔社房屋产生振动,给居民生活带来不便,因此提出减震爆破技术. 【期刊名称】《露天采矿技术》
【年(卷),期】2016(031)006
【总页数】4页(P38-40,45)
【关键词】爆破;地震效应;岩层;传播;减震
【作 者】郭清川;王建鑫
铝铁合金【作者单位】内蒙古伊泰煤炭股份有限公司,内蒙古 鄂尔多斯 017000;内蒙古伊泰煤炭股份有限公司,内蒙古 鄂尔多斯 017000
【正文语种】中 文
【中图分类】TD824.2
引用格式：郭清川，王建鑫.多自由面孔内外延期分段微差减震爆破技术［J］.露天采矿技术，2016，31（6）：38-40.
纳林庙灾害治理工程位于内蒙古自治区准格尔旗境内，治理区范围严格控制在纳林庙煤矿一号井及纳林庙煤矿二号井矿权范围内，统筹考虑，以老采空区及边角残留煤柱范围为主，考虑一并回收赋存较浅的受下部综采采空区影响的纳林庙煤矿二号井矿区范围内的4-1#、4-2#煤层。圈定的纳林庙煤矿二号井北部4#煤治理区地表境界南-北平均宽度0.77 km，东-西平均长度1.86 km，面积1.46 km2，治理深度12～105 m；圈定的纳一、纳二连片治理区地表境界东-西平均宽度3.28 km，南-北平均长度6.34 km，面积18.95 km2，治理深度31.67～189.00 m。井田内地形总体为西北高，东南低，最高处位于首采区一分区中西部附近，区内具典型的高原侵蚀性丘陵地貌特征，枝状沟谷发育，地形较为复杂。
治理区剥离及采煤均采用单斗汽车间断式工艺。目前开采范围为纳二西北角治理区，爆破 采用孔内延期毫秒微差爆破，爆破顺序为排间起爆，工作线方向为东西向，爆破作业使采场西北部300 m远处的贾家塔社房屋造成振动，并引发村民与项目办的多次纠纷。微生物检查
露天矿岩石台阶爆破时，一部分能量对药包周围的介质产生扰动，并以波动形式向外传播。在爆炸近区即药包半径的10～15倍的传播是冲击波。在中区即药包半径的15～400倍的传播是应力波。应力波到达岩层界面产生反射和折射叠加从而形成地震波［1］。
地震波是指从震源产生向四外辐射的弹性波。地球内部存在着地震波速度突变的基干界面、莫霍面和古登堡面，地球内部分为地壳、地幔和地核3个圈层。在地球内部传播的地震波称为体波，体波按传播方式分为3种类型：纵波、横波和面波。体波具有周期短、振幅小、衰减快的特点；面波具有周期长、振幅达、传播速度慢、衰减速度慢和携带能量大的特点。体积波特别是其中的P波能使岩石产生压缩和拉伸变形，它是爆破时造成岩石破裂的主要原因，表面波特别是其中的R波，由于其频率低、衰减慢、携带能量大，是造成爆破地震破坏的主要原因。面波仅限沿地表面传播，它是体波在自由面多次反射叠加而成，主要包含瑞利波和勒夫波。其特点是周期长、振幅大，传播速度较体波慢，衰减也较慢，但携带的能量较大［1］。
防盗监控设备露天矿岩石台阶爆破中，由于岩体不是理想的弹性体即传播介质并非理想的弹性介质而是粘弹性介质，波速不但和介质的成分、弹性、密度有关；还和介质的孔隙度、孔隙中所含流体的种类、相态有关［2］。大部分的爆炸能量消耗在粉碎区和破碎区，剩下的小部分能量相对于爆破点源以球面波的形式、相对于爆破线源以柱面波的形式传播出去。随着传播半径的增大，单位面积波面上的能量将会减少；而且在土岩介质中还会发生内摩擦现象使能量被吸收；在土岩介质中还会使介质体积蓄一部分弹性能。这些现象会消耗爆炸能量，因此可以说爆破地震波的传播是一个能量不断衰减的过程［3］。
基于以上分析，对于爆破地震应采用两方面措施进行控制，一方面采用控制爆破前冲方向，设置减震孔。一方面采用孔内外延期微差爆破及“单段独立作用原理”降低单段最大爆破药量。
3.1 创造多自由面，改变爆破前冲方向
药包爆炸后，爆炸压力瞬间达到最大值，此时可以认为这个瞬间时间为0 ms，爆炸压力升高到最大值后就按指数规律进行衰减［3］。爆炸荷载的表达式为：
经过掏槽爆破后，创造出2个自由面，在第3段孔与下一段孔之间采用孔外延时50 ms连接。由于掏槽爆破第三段孔采用50 ms延时，第3段与创造新自由面后的下一段孔之间也采用50 ms延时，这就使得两次的波段均以较低值叠加，此处爆破前冲方向爆炸压力均以指数规律迅速衰减。后排孔以后相继以孔内延时分段爆破，错开反射拉伸应力叠加波的波峰值。使减弱的地震波向东部传导，最大限度的减小前冲方向的爆炸应力。
3.2 孔内外延时分段毫秒微差爆破
国内外大量实践证明，爆破爆破振动尤其是分段微差爆破振动速度峰值的大小，主要取决于最大段药量。将一次爆破药量分成多段微差爆破，这样可以有效减弱后一段起爆的深孔周围的反射拉伸应力波与前一段起爆产生的反射拉伸应力波互相叠加，减弱爆破地震波。
水泥电阻器北斗卫星导航仪>立体剪裁为了使爆破产生的拉伸应力波通过自由面形成的反射拉伸应力波通过延时叠加而衰减反射拉伸应力波能量，掏槽爆破与后排孔通过孔外3段50 ms的延时组成分段微差爆破。孔内每段按顺序采用1～3段导爆管毫秒，形成孔内外延期的微差爆破。
掏槽爆破采用1、2、3段的孔内延时，按照目前工作台阶炮孔布置，以3排孔为例，第
1段采用两孔0 ms延期，第2段采用五孔25 ms延期，第3段采用六孔50 ms延期。第1、2、3段爆破过程中，采用微差爆破使得反射拉伸应力波延时叠加，错开最大波峰值。第4段以后采用孔内延时，依次为0 ms、25 ms、50 ms。
拉伸应力波通过2个自由面互相干扰使得爆破振动峰值不能叠加而错开。使爆破产生的最大峰值减小而从而减弱地震效应。
3.3 限制一次最大段药量
基于“单段独立作用原理”，单段起爆的最大药量决定了整个爆破过程的波峰振动速度。因此在能量合理分配的同时，应根据临界振动速度限度一次最大段药量［5］。由被保护村落的允许临界振动速度v确定后，即可根据下式计算最大段爆破用量。
Qmax为一次最大段药量，kg；R为完全距离，m；v为爆破振动质点的安全振速，cm/s；k、a为与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数。爆破区不同岩性的K、a值见表1。
纳林庙灾害治理工程煤层顶底板岩石力学性质主要以软弱～半坚硬岩石为主。各类岩石抗
压强度小于30 MPa的占75%，30～60 MPa的占25%。其可采煤层直接顶板岩石主要以细砂岩为主，抗压强度为6.3～45.7 MPa，局部为砂质泥岩、粉砂岩及泥岩，抗压强度为17.4～19.2 MPa，砂质泥岩软化系数0.29；底板岩石以砂质泥岩、泥岩、细砂岩为主，抗压强度为16.1～17.2 MPa，砂质泥岩软化系数为0.65。综合本区岩石力学性质，主要以软弱岩石为主，爆破区选取K值为200，a值选取为1.7。
根据我国爆破安全规程GB6722—2011规定露天矿深孔爆破对一般砖房允许振动速度为2.5～3.0 cm/s，土窑洞、土坯房允许振动速度为0.9～1.5 cm/s。按照土坯房最小允许振动速度为0.9 cm/s［6］，经计算Qmax= 1 946.7 kg，项目办目前单孔一次最大装药量77.8 kg，最大段药量为233.4 kg。所以单段装药量远小于允许最大段装药量，即目前治理区爆破振动速度在距离爆心300 m范围处爆破振动速度小于毛坯房最小允许振动速度。目前装药量符合减震要求［4］。
3.4 设置减震孔
在爆破前冲方向预先钻1排或2排密集的减震孔、或采用预裂爆破形成一定宽度的预裂缝和预开挖减震沟，当一部分爆破地震波传递到减震孔时，面波在经过孔口时停止传播，体波
及其发射波在孔壁停止继续传递，干扰波叠加，减弱面波的形成。纳林庙灾害治理工程在爆破前冲方向预先钻2排孔距为2 m，排距为4 m、孔深为10 m的减震孔，并采用梅花眼布孔减弱地震波的传递。
2014年8月—10月，纳林庙灾害治理工程在一分区采用多自由面分段微差减震爆破技术，利用掏槽爆破将原有的爆破前冲方向由南向改为西北向，采用分段毫秒微差爆破改变了爆破地震波的传递方向，使得各排孔在爆破前冲方向爆炸压力指数衰减，改变地震波传导方向，减小了位于爆破前冲方向贾家塔社的地震效应。
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