孟少勇，杜 婷，李永华

（包钢集团矿山研究院有限公司，内蒙古 包头014000）

露天矿山在爆破作业破岩时，多余的能量会使边坡岩体裂隙增大，尤其对表层岩体伤害较为明显。不良的爆破施工组织，对边坡岩体产生的瞬时惯性力和积累损伤会造成局部台阶的坍塌，严重时会影响到边坡的稳定[1]。因此在组织生产爆破时，对爆区尤其是特大爆区实施振动监测就显得尤为重要。通过科学合理的施工监测，量化爆破振动对边坡产生的破坏效应，通过数据反馈及时调整爆破参数，在保证爆破作业高效经济的同时，保证临近边坡岩体的安全。

1 工程概况

金属矿山位于内蒙古中北部地区，属高海拔高寒地区。矿山属于大型金属矿山，主要矿石产品为赤铁矿和磁铁矿，矿区呈近东西狭长带状展布，长近10 km，宽近2 km，面积约为18 km2，矿山的实际生产能力接近1 500 万t/a。本次监测的爆区位于该矿山采场南帮1 440 段16-21-1 勘探线之间，单孔设计穿孔长度为17 m，共穿孔9 350 m，平均宽度65 m；上盘高程为1 455～1 456 m，西高东低，平均高程为1 456.24 m，下盘预计高程为1 441 m，平均段高15.24 m。爆区岩性为板岩及铁矿石岩组，该区岩体结构类型主要为块状结构及层状块状结构。爆区面积为40 841.59 m2，开采台阶高度15 m，台阶坡面角平均为75 °，平台宽度30 m。此次爆破共用乳化炸药601.75 t，是该矿山组织的超大规模的爆破工程之一。炸药单耗为308 g/t，现场除爆破台阶穿孔外，在距爆区后方50 m 后，又进行了6 排炮孔的穿孔作业，孔径均为φ310 mm，用以减轻爆破振动对边坡的影响。

为了评价和控制爆破振动对采场边帮影响程度，合理调整单孔装药参数提供科学依据，对本次特大爆区爆破施工的振动强度进行监测。依照实际情况及需重点监测边坡位置，共布设5 处监测点。

2 监测仪器的选择和安全控制标准

2．1 监测仪器的选择

合理地选择监测系统、正确地操作和使用系统各部分是非常重要的，直接关系到监测结果的真实性，甚至影响监测结果的成败。选择爆破振动速度监测系统时，应根据现场实际情况预估被测信号的幅值范围和频率分布范围，选择的监测系统幅值范围上限应高于被测信号幅值上限的20%，频响范围应包含被测信号的频率分布范围。根据这个选择监测系统原则，选择由TCS-B3 型三轴振动速度传感器、低噪声屏蔽信号电缆和TC-4850N 型无线网络测振仪组成的监测系统作为项目实施的监测系统[2]。TC-4850N 型无线网络测振仪速度传感器主要技术指标参数：①响应范围:5～300 Hz；②灵敏度:28±10%V/（m·s-1）；③自振频率:4.5±10%Hz；④阻尼系数:0.6±20%；⑤谐波失真:≤0.2%；⑥使用温度范围:-20～75℃；⑦尺寸:64 mm×64 mm×64 mm；⑧质量:（645±5）g。TC-4850N 型无线网络测振仪主要技术指标参数：①A/D 分辨率:16 Bit；②频响范围:0～10 kHz；③记录精度:0.01 cm/s；④读数精度:1‰；⑤适应环境:-10～75℃；⑥尺寸:168 mm×200 mm×80 mm；⑦质量:1.5 kg。

2．2 安全控制标准

根据GB 6722—2014 爆破安全规程中对爆破振动对岩石高边坡的安全允许振速规定见表1[3]。

表1 爆破安全规程中对部分爆破振动安全的规定

表1 中质点振动速度为3 个分量中的最大值；振动频率为主振频率。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20 Hz，露天深孔爆破f 在10 ～60 Hz 之间，露天浅孔爆破f在40 ～100 Hz；地下深孔爆破f 在30 ～100 Hz 之间，地下浅孔爆破f 在60 ～300 Hz 之间。监测得到的数据将与表中数据为控制标准进行对比分析。

3 监测点的布置

监测点的布置需根据监测目的和现场实际情况，本次监测依照需保护对象及矿山技术管理人员建议布置5 个测点，爆破振动监测点布设情况统计表见表2。

表2 爆破振动监测点布设情况统计表

4监测情况及数据分析

本次爆破振动现场监测获得实测爆破地震波形图12 条，经过对这些波形图进行频谱分析和时域分析，得出质点峰值振动速度、主频率、振动持续时间等相应数据。爆破地震波的主要参数变化范围见表3。

表3 主要监测参数

1）1 号监测点距离爆区中心距离457.33 m，由于实施监测的1 号仪器故障，未收集到数据，故此点不作相关说明。

2）2 号监测点距离爆区中心距离452.03 m，仪器传感器布置于台阶基岩处，基岩表面出露地面，传感器水平布置，并与基岩粘结牢固，满足仪器正常工作的布设要求。测点处地质条件属岩质边坡，边坡状况相对其他测点处较完整，测点距爆区中心距离较近，爆破能量传播较充分。2 号测点处监测到的地面质点峰值振动速度值为3.470 1 ～5.343 8 cm/s。实测最大质点峰值振动速度值为5.343 8 cm/s（z 方向上），主频率为30.9 Hz。

3）3 号监测点距离爆区中心距离568.08 m，布置于1 号、2 号测点的上一平台处。仪器传感器布置于该台阶基岩处，基岩表面出露地面，传感器水平布置，并与基岩粘结牢固，满足仪器正常工作的布设要求。测点处地质条件属岩质边坡，边坡状况较2 号布置点处，岩体完整性变差，但爆破能量仍能较完整传播。3 号测点处监测得到的地面质点峰值振动速度值为2.120 7 ～3.716 6 cm/s。实测最大质点峰值振动速度值3.716 6 cm/s（z 方向），主频率25.8 Hz。

4）4 号监测点距离爆区中心距离805.35 m，布置于运输路面转弯处。布点处平台在采场中位置靠上，处于表土层和岩石层的分界处，路面多由碎石筑成，因此在传感器布置时很难找到基岩。在实际布设时，使用了一种布设测振仪传感器的连接装置，尽可能弥补因地形地质条件缺陷对监测数据的影响。布设时传感器水平布置，与连接装置粘结牢固，连接装置尖部深入地面，较为牢固，基本满足仪器正常工作的布设要求。测点处属碎石土质边坡，边坡状况完整性较差，对爆破能量的完整传播会产生一定程度衰减[4]。在数据方面，由于传感器布设条件的缺陷，导致CH3 通道（z 方向）数据明显失真，故此次监测分析不采用CH3 通道数据作为分析依据。4 号测点处监测到的地面质点峰值振动速度值为2.650 8 ～3.236 7 cm/s。实测最大质点峰值振动速度值为3.236 7 cm/s（x 方向），主频率为14.4 Hz；

5）5 号监测点距离爆区中心距离1 191.58 m，布置于爆区上方运输平台处，是5 处测点中最远的一处布设点，监测数据也相应较小。仪器传感器布置于该平台一高压线杆基础之上，水泥基础深入地面，传感器水平布置，并与基础粘结牢固，满足仪器正常工作的布设要求。测点处基本属于土质边坡，边坡状况较岩质边坡的致密性和完整性相差较大，对爆破能量的传播会产生衰减、弱化。在距离爆心1 191.58 m的5 号测点处监测到的地面质点峰值振动速度值为0.751 2 ～0.941 0 cm/s[5-6]。实测最大质点峰值振动速度值为0.941 0 cm/s（y 方向），主频率为9.1 Hz。

本次特大爆区的监测有4 处仪器采集监测到了有效数据。此矿山开采处于中期阶段，多数边坡已经开采到达矿山边界，此次4 个监测点均布设至永久性边坡处，故4 处测点数据可代表此次爆破振动对永久性边坡的影响，从各点监测得到的数据来看，此次爆区大爆破产生的振动对爆区临近边坡稳定性的影响小于国家标准中规定的安全范围（50 Hz 范围内振速8～12 cm/s 的范围）。从主频率因素看，监测点的主频率在8.0 ～30.9 Hz 之间变化，爆破振动频率多数大于边坡固有频率，仅远处属低频震动，爆破振动不会引发边坡共振[7-8]。

5 结 语

1）监测数据表明，质点峰值振动速度在0.751 2 ～5.343 8 cm/s 范围之内，12 组监测数据中的质点振动速度均未超过国家标准《爆破安全规程》中对岩石高边坡规定的安全允许振速5～9 cm/s、8～12 cm/s范围，故可视为此次爆破振动对矿山边坡的影响在安全范围内。

2）在爆破振动频率方面，已测出的爆破振动主频率最小8.0 Hz，最大30.9 Hz，且小于10 Hz 的低频振动占很小部分，根据资料查询，边坡及地面建构筑物的固定频率在5 Hz 以下，可认为爆破振动不会引发边坡及建筑物的共振。因此，从爆破振动频率因素上判断，不会对测点周围边坡及建筑物产生破坏影响。

3）在爆破振动持时方面，持续时间在2.6 ～3.6 s 之间，持时较长。振动时间延续较长，会对边坡产生积累损伤，对边坡的稳定不利。建议爆破振动的持续时间保持在1.5 s 之内。

4）通过此次监测，证明通过合理的单孔装药量控制，高质量的施工组织，爆区后方采取打孔降振的措施，爆区在距离边坡合理的距离下，组织矿山超大规模爆破，在提高经济效果的同时，可以保证边坡稳定性的安全要求。

5）通过组织超大规模爆区的施工，可以减少钻机、电铲等大型设备的频繁移动，降低设备损耗，减少设备大修维护，提高劳动生产率；同时通过组织超大爆区的爆破施工，可有效减少爆区之间的衔接，增加矿岩块体之间的碰撞，降低大块率，减少岩体的二次破碎，降低生产成本，提高矿山运营的整体效益。