郑文富，李付安 ，林大能，喻 智

(1.湖南科技大学 能源与安全工程学院， 湖南 湘潭市 411201；2. 中国核工业华兴建设有限公司， 江苏 南京 210019)

0 引 言

目前，在地铁隧道开挖、路桥工程，水利水电工程、矿山巷道掘进及各种各样的井巷工程中，钻眼爆破仍然是主要的施工方法。

在中小断面巷道掘进中，由于巷道宽度的限制，直眼掏槽是必然的选择，并且得到了广泛的应用。直眼掏槽爆破炮眼是垂直于掏槽面布置的，通常是以空眼充当附加的自由面去配合掏槽爆破，破碎岩石时，空孔充当集中爆炸应力的作用，同时使岩石拥有充分的碎胀补偿空间[1]。爆破循环进尺和掘进效率与掏槽好坏直接相关。

由于缺少自由面，致使巷道在掘进开挖的过程中，掏槽受到较大的夹制作用，导致掏槽爆破时会引起强烈的爆破振动[2]。掏槽爆破振动会使巷道围岩及支架和支护受到影响和损伤比较严重，有时候会使其产生破坏，并且直接影响围到岩松动圈的特性，导致事故经常发生，加大了巷道维护的难度。

因此本文主要研究空孔直眼掏槽爆破振动特性，重点分析空孔直径和段起爆药量大小对爆破振动的速度和振动频率的影响。

1 爆破振动测试

1.1 爆破测振仪

在爆破工程现场，爆破测振仪能独立记录事件诱发的振动信号，并且能通过预装分析软件的电脑通讯，实现数据交换、数据分析等功能。

本次爆破振动试验采用的是新一代TC-4850爆破测振仪，由成都中科测控有限公司生产。它采用嵌入式处理器，兼容多种模式，能完成不同测试的要求，拓展性能和抗干扰性能强，可靠性高。

TC-4850测振仪可以3通道并行采集，采样率为1 k ～ 50 ksps多档可调，0.1%的读数精度，16Bit的A/D分辨率，可连续记录并储存多段数据，存储空间大，可以根据需要自动分段，分配十分灵活，大大减少了数据丢失的可能。并且能通过USB2.0连接PC，更快捷的传输数据，分析波形、频谱等特征参数。

1.2 测试初始条件

在某矿山的岩巷中进行试验，巷道围岩稳定性较好，为一般的砂岩(f为6～8)，受地质构造影响一般，节理发育程度不高。岩巷巷道断面为半圆拱形，采用空孔直眼掏槽爆破法开挖巷道，空眼直径分别为40 mm和120 mm，眼深2500 mm。掏槽眼深2400 mm，采用2号乳化炸药进行装药爆破。

以空孔为中心，4个掏槽眼均匀布置在四周，每个装10卷炸药量，4个掏槽眼总装药量为8 kg，采用反向装药结构。当最大起爆段药量为8 kg时，1、2、3、4号炮孔采用瞬发电雷管，同时起爆；当最大起爆段药量为4 kg时，1、3两孔和2、4两孔分别采用1、3段毫秒延期电雷管起爆。布置形式见图1和图2。

1.3 布置测点

距巷道底板900 mm处，沿着巷道水平布置4个测点，测点间距离20 m，测点1离距掏槽面25 m，用钻孔工具在测点位置钻孔，用石膏把传感器安装固定好。随着巷道开挖，测点沿着右侧推进，每次试验测点数为4个一组，测点布置见图3。

图2 掏槽眼布置( 单位：mm)

图3 测试点的位置(单位：mm)

2 爆破振动数据分析和处理

2.1 测点振速规律

爆破振动数据如下表1和表2所示。运用萨氏修正公式计算爆破振速：

(1)

式中：K为原始条件系数；α为振波衰减系数；V为振动速度，cm/s；Q为最大段起爆药量，kg；R为距爆心距离。利用MATLAB软件对爆破振速与最大段起爆药量进行分析，并建立关系式。爆破振动速度

表1 测试点的振速、振频数据表(空眼直径40 mm)

表2 测试点的振速、振频数据表(空眼直径120 mm)

关系式可表示为：

2.2 测点振动频率规律

通常影响巷道围岩破坏是多因素造成的，发生破坏的点并不是振速最大和离掏槽面最近的点，而是距掏槽面一定距离的某段围岩支架产生破坏。这是由于当爆破振动频率和围岩自身的振频相差不大或者相近时，两者产生共振，导致围岩破坏[3-5]。

当段药量分别为8 kg、4 kg时，根据测试数据拟合出的爆破振动频率曲线如下图4～图5所示。

图4 振频拟合曲线(最大段起爆药量为8 kg)

Q为8 kg时，爆破振频拟合曲线的表达式为：

空孔直径为40 mm时，f=70.4501×(lgR)-2.021；

空孔直径为120 mm时，f=61.5634×(lgR)-1.301；

Q为4 kg时，爆破振频拟合曲线的表达式为：

空孔直径为40 mm时，f=102.8522×(lgR)-1.965；

空孔直径为120 mm时，f=93.2538×(lgR)-1.308。

图5 振频拟合曲线(最大段起爆药量为4 kg)

3 结 论

测试了空孔直眼掏槽产生的爆破振动速度及频率，得出了在既定条件下爆破振动速度和频率在巷道中的传播规律。

当使用钻爆法掘进巷道时，可以对振频相近的某段巷道围岩做适当加固，这样能减少爆破振动引起的共振对围岩和支架的危害，从而有利于巷道的维护。

参考文献：

[1]东兆星,吴士良.井巷工程[M].徐州:中国矿业大学出版社,2009:81-86.

[2]刘优平,陈寿如.直眼掏槽爆破参数设计探讨[J].采矿技术,2005,5(3):65-66.

[3]林大能.平巷掏槽爆破空孔尺寸效应及围岩频繁振动损伤累积特性研究[D].长沙：中南大学,2006.

[4]林大能,陈寿如.空孔直眼掏槽成腔模型理论与实践分析[J].岩土力学,2005,26(3):480-483.

[5]单仁亮.岩巷掘进准直眼掏槽爆破模型试验研究[J].岩石力学与工程学报,2012(2):256-264..