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露天矿山爆破振动危害与防治措施探讨张锁珠（中铝山西新材料有限公司，山西河津043304）摘要：露天矿山爆破作业中炸药爆炸产生的地震波会给开采环境和周边人员、事物造成不同程度的影响。鉴于此，从爆破技术与安全管理的角度出发，针对爆破作业有害效应中的爆破振动，阐述爆破振动产生的基本原理，分析其产生的原因和规律，并结合矿山爆破实践经验，提出相应的技术措施。关键词：爆破危害；爆破振动；最大单响药量；抵抗线；微差爆破；预裂爆破；振动速度中图分类号：TD235文献标识码：A文章编号：1672-1152（2023）05-0254-030引言爆破作业是露天矿山主要的开采工艺环节，爆破作业产生的有害效应对周围环境和设备设施、人员会造成一定的影响。如果没有周全的考虑、科学的设计和精确的施工，将会带来较大危害。因此，深入研究爆破作业产生的危害，积极消除爆破作业产生的负面影响，具有重要意义。根据炸药在岩土介质中的爆炸过程，爆破危害可分为爆破振动危害、爆破空气冲击波及噪声危害、爆破个别飞散物危害、爆破粉尘危害和爆破有害气体危害 5 类1-2。而爆破振动是爆破作业中最大的也是最主要的危害。本文拟在假设炸药性能稳定单一的基础上，从岩石爆破机理与安全管理角度出发，结合实际案例，分析爆破振动产生的原因和规律，并根据分析结果、爆破实践经验，提出预防措施和建议，以供采矿技术人员在实际工作中借鉴，从而保证露天矿山开采活动的正常持续进行。1爆破振动危害分析1.1爆破振动产生的原因与规律炸药在岩石中爆炸时，爆炸产生的高温、高压、高密度气体能量会以波的形式传播，除大部分能量作用于岩石的破碎、位移等外，剩余的部分能量则逐渐衰减为地震波，还有少部分能量转化为空气冲击波。爆破引起的振动就是这些波作用在岩层中质点扰动的体现3。在一定距离内，爆破振动产生的地震波是否会对周边台阶、山体及建构筑物产生破坏，与地震现象基本相同，取决于爆源（震源）强度、爆源到被保护物的距离、被保护物的抗震性等因素。大量实践观测数据表明，爆破振动强度随着距爆源距离的增加而减弱。我国 爆破安全规程 推荐的地面质点峰值振动速度经验公式：v=K（Q3R）.（1）式中：v 为地面质点峰值振动速度，cm/s；Q 为最大单响药量，kg；R 为计算点到爆源的距离，m；K、分别为与爆破点到计算点间的地形、地质条件有关的系数和衰减系数。上述经验公式说明：在距离 R 一定的条件下，起爆药量越小，振动速度也越小；岩石硬度越小，振动速度越大。受地形地貌、岩层构造、设计质量、设备设施、火工品性能和质量、施工人员素质等多种因素的影响，爆破振动的强度也会不同。在爆破区一定范围内，当爆破产生的地震波强度达到一定程度时，就会对周围环境产生破坏，这种现象叫做爆破地震效应。1.2爆破振动的危害爆破振动在露天矿山造成的危害主要体现在：使较近的台阶、边坡、构建筑物及部分山体造成滑坡、崩塌、石块滚落等危害，进而影响当前或以后的生产、生活。需要指出的是，在较大强度的爆破振动作用下，即便是爆破后的相邻台阶、边坡、山体看似没有变化，但其内部结构必定发生了变化，其原始稳定性一定会遭到不同程度的破坏，从而给未来生产埋下安全隐患。例如：山西某露天铝矿东边坡，采用台阶爆破后，台阶和边坡要素达到了设计要求。但一年后，边坡中上部发生大面积滑坡。现场勘察发现，滑体下部为软弱的黏土页岩层，滑体大部分为第四纪黄土。分析认为，滑坡是在采矿过程中，山体固有构造受到破坏，且受到外部扰动时，滑体延软弱层产生滑移的情形。在山体固有结构破坏因素中，除了固有重心发生改变外，爆破振动对山体岩层内部的破坏和对边坡体的扰动也是一个重要因素（见下页图 1）。1.3爆破振动的判定标准工程爆破中，一般以地面质点峰值振动速度v（cm/s）来判断爆破振动的强弱。并根据大量爆破振动监测数据总结出的被保护物最大允许振速来确定收稿日期：2023-04-19作者简介：张锁珠（1975），男，毕业于西安建筑科技大学，学士学位，主要从事矿山技术管理工作。总第 208 期2023 年第 5 期山西冶金Shanxi MetallurgyTotal 208No.5，2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.05.097经验交流2023 年第 5 期图 3减震带表 1 爆破安全规程 推荐的爆破振动安全允许标准图 1边坡受爆破振动影响沿弱面下滑和验算炸药量。表 1 为我国 爆破安全规程 推荐的爆破振动安全允许标准。爆破作业中的最大单响药量必须控制在被保护物最大安全允许振动速度值以内。2减小爆破振动危害的途径减小爆破振动危害，要从客观和主观两方面着手。客观方面是指地形、地质，要掌握爆区及其周边的地形及地质条件，岩石构造特点，有无软弱层、夹层、断层、溶洞等。针对性地对易发生振动危害的区域进行人工干预，如预先开挖减震沟槽、对危险区域进行预处理等。主观方面是指爆破设计，要依据前期的现场勘察结果，科学合理地进行爆破设计，并严格作业流程，在施工中确保爆破设计得到落实。现对具体的减振措施进行分析。2.1减小最大单响药量爆破设计中，要根据被保护物的允许临界振动速度v，按照公式（2）计算出最大单响药量。Qmax=R3（vK）3/.（2）设计药量小于等于最大单响药量时，按设计施工；设计药量大于最大单响药量时，必须修改设计或采取其他减振措施。实现减小单响药量的最佳途径就是采用微差爆破。微差爆破可以将原本较大的单响药量分解成理想的小药量，利用起爆时差（毫秒级）实现单响药量的减少及振动强度的降低。同时利用合理微差时间，使相邻药包的爆破能量波在叠加、抵消等多种复杂作用下降低振动峰值，最终起到改善爆破效果、降低爆破振动强度的目的。当设计药量大于最大单响药量时，要修改设计和采取其他减振措施。所谓修改设计，主要是指减小炮孔直径、减小孔网参数、采用逐孔爆破甚至一孔两响等技术措施。所谓其他减振措施，主要是指采用预裂爆破或开挖减振沟（槽）等措施。2.2采用预裂爆破或开挖减振沟（槽）对于临近边坡、后方存在易损地质等重点区域，一般情况是采用预裂爆破。在主爆区激发前先让预裂孔爆破，形成减振带（槽），或者在被保护物与爆区间穿凿一、二排不装药的空孔，形成减振带（见图 2、图 3）。对于土层地形，可以开挖预裂槽来达到减振目的。2.3正确选择爆区位移方向爆区位移方向其实就是最小抵抗线所在的方向，一般存在自由面，所以在露天矿山爆破中，爆区位移方向为先前的自由面方向。由于自由面方向的振动强度最小，所以在设计爆区时应注意使爆区位移方向正对被保护区，也就是保护区要避免出现在爆区后冲方向4。为避免正对保护区产生飞石等情况，应将保护区设计于爆区自由面两侧。2.4提高爆破设计的执行精度再好的设计，如果不能执行到位，那也无法达到理想目的。因此，提高爆破施工人员技术素质尤为重要。从作业面整理到布孔，再到技术交底、穿孔、验收、装药等一系列工序和环节都必须完全落实设计要求。对于特殊情况，作业人员须及时报告技术人员，技术序号保护对象类别不同振动频率时安全允许质点振动速度 v/（cm s-1）f10 Hz 10 Hzf50 Hz f50 Hz1土窑洞、土坯房、毛石房屋0.150.450.450.90.91.52一般民用建筑物1.52.02.02.52.53.03工业和商业建筑物2.53.53.54.54.25.04一般古建筑与古迹0.10.20.20.30.30.55运行中的水电站及发电厂中心控制室设备0.50.60.60.70.70.96水工隧洞7881010157交通隧道1012121515208矿山巷道1518182520309永久性岩石高边坡598121015新浇大体积混凝土（C20）：龄期：初凝3 d1.52.02.02.52.53.0龄期：37 d3.04.04.05.05.07.0龄期：728 d7.08.08.010.010.012.010注：1.爆破振动监测应同时测定质点振动相互垂直的三个分量。2.表中质点振动速度为三个分量中的最大值，振动频率为主振频率。3.频率范围根据现场实测波形确定或按如下数据选取：硐室爆破 f小于 20Hz，露天深孔爆破 f 在 1060Hz，露天浅孔爆破 f 在40100 Hz；地下深孔爆破 f 在 30100 Hz；地下浅孔爆破 f 在 60300 Hz。图 2预裂爆破主爆孔缓冲孔预裂孔减震带爆破区保护区域黏土页岩层黏土页岩层滑坡体黄土层黄土层爆破振动使内部结构遭到破坏张锁珠：露天矿山爆破振动危害与防治措施探讨255山西冶金E-mail:第 46 卷格。此项技术攻关是根据矿用设备运行情况及天气等因素，制订出有效可行的方案。通过此次焊接修复，不仅提高了参与人员的技术水平，而且为后续公司此类设备的维修积累了经验。通过市场调研及测算，铲斗及斗唇等修复可节省成本约 30 余万元；经对经济效益分析指出，本文提出的此类材质焊接修复工艺经济效益显著，年节约成本在 200 万元以上。参考文献1中国机械工程学会焊接学会.焊接手册：第 2 版M.北京：机械工业出版社，2001.2王成文.焊接材料手册及工程应用案例M.太原：山西科学技术出版社，2004.3陈希杰.高锰钢M.北京：机械工业出版社，1989.4坦克车辆金相图谱编写组.坦克车辆金相图谱M.北京：国防工业出版社，1986.5高彩侨.金属的摩擦磨损与处理M.北京：机械工业出版社，1988：133-153.6从勉.铸造手册之铸钢M.北京：机械出版社，1997：163-189.7蔡岳洪，胡辉.提高高锰钢衬板性能的研究J.铸造技术，2000（3）：6-9.8王荣滨，海燕.高锰钢破碎机齿板淬裂分析与强韧化处理J.矿山机械，2002（1）：10-12.（编辑：武倩倩）Research on Repair Technology of Bucket Defects in Large Mining ExcavatorsMa Xiaolong（State Energy Group Shaanxi Shenyan Coal Co.,Ltd.,Yulin Shaanxi 719000）Abstract:The bucket is the main load-bearing component in mining excavators,with extremely harsh and complex working conditions.Inresponse to this,corresponding repair processes are proposed for various cracks and bucket lip cracks generated during the stripping andexcavation process of the electric shovel bucket.The welding repair process is mainly analyzed for welded structural components such asWK-35 bucket and bucket lip,as well as castings such as high manganese steel ZGM13Mo.This paper elaborates on the general weldingrepair rules and welding repair process,providing certain maintenance experience for the repair of such welded structural components.Key words:weld repair;dipper body;dipper lip;cracked;weld人员应立即针对问题提出修正方案或处理措施。2.5加强作业区及周边山体的地质构造研究控制最大单响药量只是控制了爆源强度，而经大量观测表明，地形、地质条件对爆破振动波的传播和衰减也有重要影响。如：突出的山包、陡坎或台