藥室爆破地震影響分析論文

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摘要：通過分析實例，提出了藥室爆破時控制爆破震動的方法。分析了條形藥包爆破藥量計算、裝藥結構等和爆破地震效應存在的問題及其對策。

關鍵詞：藥室爆破爆破地震振速

巖土工程中爆破引起的地震危及周圍建筑物、構筑物和附近村莊民房的安全，特別是在藥室大爆破時，由于總裝藥量與最大一段藥量都比較大，所產生的爆破地震振速也大，爆破震動對周圍環境的破壞效應也大，更值得重視和認真對待。

爆炸地震波在巖土介質中的傳播和衰減規律，到目前為止，還沒有一個統一的力學模型可以全面描述它的本質。因而，所有的數值計算結果與實測資料之間常出現較大差異。為此，進行理論與實踐的探討求出新的公式是十分必要的；但在目前情況下，選擇現有經驗公式，認真試驗求取有關的參數值，從而求得更為逼近真實的結果，是一個較為可行的途徑。如在工程中，采用薩道夫斯基經驗公式，認真選擇求取有關參數，求出最大一段裝藥量后，使振速控制在《爆破安全規程》(GB6722-86)規定的安全振速范圍內，從而使爆破地震的影響減小到允許的程度。

1工程概況

進行藥室爆破的君山位于某廠區，其巖石物理性質為：單向抗壓強度為100～120MPa(f=10～12)，單向抗拉強度為6MPa，密度2.6t/m3，巖層屬于厚層石灰巖，山體表土覆蓋較少，山體內有小溶洞裂隙等。在平整場地時，曾對其邊坡進行修整，由于山體裂隙斷層的存在，經雨水的沖刷，多次發生山體滑坡，危及廠房和運輸通道，故決定對其分東西兩部分進行大爆破，以消除隱患。

1.1爆區情況

東部爆區長112m，寬50m，爆破高度約40m，導硐設計標高+1240m。其東側為農田，南側距廠房100m，西側為西部爆區，北側距最近的村莊民房134m。

西部爆區長75m，寬40m，爆高約30m，導硐設計標高+1250m。東側為東部爆區，南側距庫房100m，西側距電力室120m，北側距最近村莊民房95m。西部爆區起爆晚于東部，以便在東側形成1個空間，減少飛石對民房造成的損失。

1.2爆破要求

(1)由于東西部爆區的北側有民房和村莊，應避免爆破地震、飛石等的影響和危害。

(2)爆破時要使巖石向北側和東北側倒塌，不向南側方向倒塌。

2爆破方案

2.1爆破方案的確定

根據地形、地質特點和對爆破的要求，經多個方案比較后，確定總體爆破方案為：條形分集藥包，大空腔比為φ=5～6，間隔堵塞裝藥結構和微差毫秒爆破的減弱松動崩塌爆破總體方案。爆破作用指數設計n=0.6。最小抵抗線：東部wE=14～20m；西部ww=10～13m。最小抵抗線與埋深比w/H≤0.5。

2.2最大一段藥量的控制

2.2.1安全爆速

根據《爆破安全規程》，結合本次爆破現場情況，為了保證附近村莊毛石房的安全，應使最近距離(RW=95m，RE=134m)處的振速控制在vA≤1.0cm/s。

2.2.2確定k與α值

由相似理論——量綱分析的結果，給出按薩道夫斯基經驗公式計算振動速度為

(1)

式中：k與α分別為爆破系數與衰減指數；Q為最大一段藥量；R為測點與爆心的距離。

將式(1)變形得

lnv=lnk+αln(Q1/3/R)

令y=lnv,a0=lnk，a1=α，x=ln(Q1/3/R)，得y=a0+a1x。

通過3次試爆與測試所得數據，用最小二乘法原理進行線性回歸后，計算得出a1，a0的數值；求得k=80，α=1.8。

2.2.3最大一段藥量的計算

將東西部爆區的RE，RW，vA=1cm/s，k=80，α=1.8等值代入式(1)中，可得Q值，即東部爆區最大一段藥量不得超過1500kg，西部爆區最大一段藥量不得超過500kg。

2.3爆破參數設計

2.3.1藥量計算

本次爆破均采用條形藥室，藥量為

Q=Knw2L(2)

式中：L為裝藥長度，m；w為藥室最小抵抗線，m；Kn為單位藥量綜合系數，Kn=Kf(n),f(n)=0.4+0.6n3；K為單位炸藥消耗量，kg/m3；n為爆破作用指數。

計算結果，西部爆區硐室(條形藥室)總裝藥量為4.3t，最大一段起爆藥量控制在500kg。東部爆區藥室總裝藥量為15.25t，最大一段起爆藥量控制在1500kg。

2.3.2爆破網絡與爆破方量

東、西爆區均采用多段毫秒爆破，非電復式起爆(藥室導硐外用電爆網絡與雷管，用以激發導爆管網絡)。東部爆破工程量為9.8萬m3，西部爆破工程量為4.1萬m3，總計為13.9萬m3。依據選定的爆破方案、藥室布置、裝填結構、空腔比和藥室最小抵抗線等進行爆破參數設計。東部爆區設計為A，B號兩個硐室；西部爆區設計為1個C號硐室。有關爆破參數設計見附表。

3爆破地震效應

3.1爆破振速驗算

根據式(1)計算，東部爆區爆破時，最大一段爆破藥量Q=1500kg，RE=134m，k=80，α=1.8，則v=0.94cm/s；西部爆區爆破時，Q=500kg，RW=95m，k=80，α=1.8，則v=0.92cm/s。兩區的振速均小于安全規程規定的安全振速。

3.2爆破減震措施

為了減小爆破地震的影響，采用的措施和設計，如控制最大一段藥量試爆監測；用最小二乘法原理進行線性回歸求得薩道夫斯基公式中的K與α值；條形分集藥包；大空腔比φ=5～6(由于藥包的空腔效應從理論和實踐上認識還有些模糊，目前很難知道是否選用了最佳的空腔比，一般情況下取3～6)；采用間隔裝藥結構；在起爆上使用公認的多段微差毫秒爆破。此外，在挖掘硐室巷道的同時，還在+1230水平(山腳的農田邊)挖出了深1.5m、寬1.0m左右的圍墻基礎的溝(防震溝)，環繞著西部爆區和大部分東部爆區。

在爆破后觀察，所有村莊的民房(毛石房)均無變形和裂縫擴展，表明爆破地震得到了很好的控制。應當指出的是：在東部爆區的東側為一大片農田土地，未挖圍墻基礎的溝(即無防震溝)，在爆破后致使約50～60m2的田土凸臌起0.3～0.5m。說明爆破地震受較深的溝壑的阻隔產生了衰減，即所挖基礎的溝起到了防震的作用。目前，關于地形變化對爆破地震波傳播的影響還缺乏研究，難以估算溝壑對爆破地震衰減的影響程度，這是今后爆破工程中需要進行研究解決的一個問題。

附表爆破參數設計

硐室

編號

藥室

編號

最小抵抗

線w/m

藥室長度

L/m

計算藥量

Q/kg

子藥包

起爆順序

編號

Qi/kg

A

A1

17.0

13.0

2900

A11

A12

1400

1500

12

11

A2

17.8

12.5

2900

A21

A22

1400

1500

10

9

B

B2

19.5

30.0

6750

B26

B25

B24

B23

B22

B21

1500

1500

750

750

750

1500

8

7

6

5

4

3

B1

14.5

12.0

2700

B11

B12

1350

1350

2

1

合計

15250

15250

C

C11

500

9

C12

500

8

C1

12.5

22.5

2880

C13

C14

500

500

7

6

C15

460

5

C16

420

4

C21

420

3

C2

13.0

10.5

1420

C22

500

2

C23

500

1

合計

4300

4300

4結語

(1)爆破地震與巖性、地形地貌、爆破裝藥量等因素有關。特別要嚴格限制一次起爆裝藥量。

(2)采用合理的裝藥結構，如在藥室爆破中，采用條形分集藥包、較大的空腔比和間隔裝藥，可控制爆破地震的大小。

(3)采用微差爆破，可減小爆破地震的影響。在總裝藥量和其他爆破條件相同情況下，微差爆破能使地震質點速度較齊發爆破平均降低40%～60%。

(4)在一定條件下，采用隔離溝的辦法來減小爆破的影響，效果十分明顯。

(5)應盡量采用爆破地震效應小的爆破方式和方向，如采用爆破作用指數n＜1的松動爆破，使受保護的方向為最小抵抗線w所指的方向。