莫 豹

（保利新联爆破工程集团有限公司，贵州 贵阳 550002）

随着社会的不断发展以及人民生活水平的日益提高，我国对矿产资源的需求也在日益增加。爆破作业是露天矿山开采的重要组成部分，然而爆破振动不仅会对周边构建筑物、设施设备产生破坏，还会导致矿坑的边坡失稳、滑坡等灾害发生[1]。只有严格控制爆破振动带来的负面影响，才能减少露天矿山爆破施工中安全事故的发生，切实保障人民的生命和财产安全。

1 爆破地震波的产生

露天矿山爆破振动效应主要是指炸药爆炸所产生的能量绝大部分用于药包周边岩石的压碎和破坏，所剩的爆炸能量不会再对岩石产生更大的破坏，但是它会使得岩石质点发生弹性振动，这种弹性振动会以地震波的形式不断向外扩散，从而对周边环境造成不同程度的影响或破坏。地震波由若干种波组成，根据波传播的途径不同，波可以分为体积波和表面波两类。体积波会使介质产生拉伸和压缩变形，因此药包周围岩石产生爆破破坏主要是体波造成的；而表面波的主要特点为振幅较大、频率较低、衰减较慢、振动的时间较为持久、携带的能量较大，表面波是爆破地震形成的主要影响因素。

2 爆破地震影响因素分析

露天矿山爆破振动可控影响因素主要是指爆破中炮孔直径、炸药单耗、孔网参数、装药结构、起爆方式以及间隔时间等，根据现场施工情况，针对这些因素进行合理控制，从而有效降低露天矿山爆破振动所带来的影响[2]。露天矿山爆破振动不可控影响因素主要是指爆破过程中的一些无法预测的意外状况，主要包括爆破现场的地质环境以及地形变化。施工现场地质环境的岩石空隙、纹理构造以及风化程度都会对爆破后的岩石破碎产生不同程度的影响，同时爆破现场地形的高低起伏也会对露天矿山爆破施工中的振动波主频、幅值以及频率范围等造成较大的变化。

2.1 炸药类型的影响

炸药属性与介质中冲击波的衰减之间存在着十分紧密的联系，当炸药所产生的冲击波压力大于岩石抗压强度的10倍以上时，其爆破地震波在传播过程中会出现大量的损耗，从而使得冲击波的衰减更加迅速。试验表明：当炸药波阻抗值与岩体的波阻抗值接近时，炸药的爆炸能量有效利用率越大，即可引起更大的爆破振动。故当爆破工程对爆破振动有要求时，应选择与岩体的波阻抗相差大的炸药[3]。

2.2 炮孔直径的影响

爆破时炮孔的孔径对爆破振动强度会产生一定的影响，即使它们具有相同的爆破药量，其爆破振动也会随着场地系数和衰减指数的不同而发生变化。根据相关数据表明，炮孔直径和测点的爆心距是决定爆破振动强度的关键因素。与大孔径爆破相比，采用小孔径爆破时质点振动时的衰减速度更快，且炮孔直径越大时，爆破振动的强度也会更大，这种振动强度的增长速率与比例药量也有着很大的关系，它会随着比例药量的减少而呈现出爆破强度增大的趋势[4]。

2.3 爆破段数的影响

爆破段数对爆破地震波的延时长度和微差时间有着很大的影响，工作人员如果可以选择合理的微差间隔时间，那么不同时间起爆所产生的地震波就会在空间上和时间上存在先后顺序，也就是地震波的主振会相互错开，这是控制地震效应幅值的重要方式，实践表明微差爆破比普通爆破可降低振速30%～50%。除此之外，爆破振动还与爆破场地的地质环境具息息相关，其地质状态越坚硬，爆破振动的幅值就会更低。主频就会更高，而振动持续时间也更为短暂。

2.4 最小抵抗线的影响

根据相关实验显示，当最小抵抗线越小时，炸药爆炸能的释放时间就会越短，爆破地震波所产生的能量也会更少，爆破地震波的强度也会更弱。根据应力波的传播理论，当最小抵抗线较小时，炸药爆炸所产生的能量首先会在抵抗线小的一侧形成破碎带，进而转化为空气冲击波，这也是爆破地震波强度减弱的重要原因之一。

2.5 起爆方式的影响

起爆方式对爆破振动强度的影响较大，当其他爆破条件相同时，不同起爆方式所产生的爆破振动强度之间会存在很大的差异。其根本原因在于不同的起爆方向可以充分利用自由面的减振作用，从而使得抵抗线减小且炮孔临近系数增大，岩石在破碎和抛掷的过程中会损耗大量向自由面传播的能量，从而使得爆破振动强度出现一定程度的下降。根据相关数据显示，齐发爆破的振动频率相对较小，而微差爆破的振动频率则相对较高。当起爆网络被改变时，爆破振动的频率特性也会随之发生变化。在相同地质条件下，V型起爆与地表延期分区起爆二者相比，地表延期分区起爆的主频明显升高，且出现多个峰值，这在很大程度上表面地表延期分区起爆的振动能量更为分散[5]。

2.6 阻尼的影响

露天矿山爆破过程中的介质系统主要包括岩体性质的改变，内含裂隙、节理的状况等，该介质系统与爆破地震波传播过程中的衰减规律存在着较大的联系。在自由振动过程中，如果振动的振幅可以保持不变，那么振动就会无休止的继续下去。但在露天矿山的实际爆破过程中，这种现象是不会发生的，其根本原因在于爆破地震波在传播过程中会出现阻力，这种阻力被称之为阻尼，阻尼会使得爆破地震波的振幅在传播过程中逐渐减小直至为0。在露天矿山开采过程，爆破振动在介质内部中进行传播时，会产生不同程度的内部摩擦，这种内部摩擦会消耗振动所需的能量；加之振动会在传播过程中也会出现能量损耗，因而爆破震动中振幅会越来越小。

3 爆破振动控制措施分析

爆破振动危害控制的方法大致可以分为三种：首先针对爆源所采取控制措施从根源上施减小振动；其次对保护对象自身采取减振措施和加固措施；最后切断爆破地震波的传播路径。通过利用合理的微差时间进行干扰降振、严格控制最大药量（延期爆破时为同时起爆的最大药量）、改变爆破参数等有效措施来减小爆破振动效应，实现降低爆破振动的目的是较为常见且比较有效的控制手段。

3.1 采用微差爆破

微差爆破又被称为毫秒爆破，它主要根据起爆时间的不同，将待起爆的炸药分成几个部分。这种起爆方式往往以毫秒级的时间作为差别，使待起爆炸药按照先后顺序依次爆炸，它可以有效增加自由面的个数，从而加大爆破振动传播过程中的能量损耗，并且其应力波的叠加也会切实减小爆破振动。当其余爆破参数选择合理时，其爆破效果也会得到进一步的改善。

3.2 控制单段爆破的最大装药量

由于爆破振动强度的影响因素比较多，想找到非常具体的数学函数表达式来得出爆破震动强度难度非常大，目前国内使用最广的爆破振动强度的经验公式为萨道夫斯基经验公式：

式中：V—峰值质点振动速度，cm/s；

Q—装药量（延期爆破时为单段最大装药量，齐发爆破时则为总药量），kg；

R—测点距爆源的距离，m；

K，a—与爆破条件、介质有关的系数。

确定被保护建筑物的允许临界振动速度[v]后，根据萨道夫斯基经验公式可得到一次爆破的最大用药量，即：

如若一次爆破设计药量大于该计算值但又无其他降振方法时，就只能采用分段爆破，减少单段爆破的炸药量。

3.3 采用预裂爆破形成隔离带

当需要保护的对象距爆源很近时，在爆源周边介质中可以设置一条预裂隔振带，或者也可以钻凿出不装药的单排或双排防振孔，也可以起到减振作用。如若介质为土层，可直接开挖减振沟，减振沟的宽度主要是以施工方便为原则，并需要尽量深一些，最好能够超过药包位置。预裂炮孔可以是单排，也可是双排，这样便可以降低爆破地震效应，但需要考虑预裂爆破时所产生的地震效应。用作减振的沟、缝与孔，需采取保护措施，防止充水，否则会降低降振效果。

3.4 在爆破设计中可采取的技术措施

由于沿着最小抵抗线方向上的爆破振动强度最小，侧向居中，反向最大，同时最小抵抗线方向又是主抛方向，考虑到振动和飞石危害，通常将被保护对象置于最小抵抗线位置的两侧。

增加布置药量时的临空面和分散性，能够有效地减小振动速度公式中的K和值，从而有效控制爆破振动强度。

实践证明，如若选取低密度、低爆速的炸药，或减小装药直径，采用空腔条形和不耦合的药包，能够降低爆压峰值并且延长作用于介质的时间。当其它条件相同时，爆破振动的峰值便可得到有效控制[6]。

3.5 进行爆破振动监测

爆破作业过程中，需要进行爆破振动监测，以了解建筑物、设施设备和边坡坡面在爆破振动的作用下的动力响应，为安全分析提供较为准确的依据，有助于及时采取技术措施，确保被保护对象的安全。

4 结语

爆破作业是露天矿山开采顺利实施的前提条件，它将施工现场的整体矿岩进行松动和分离，为后续矿山开采的顺利进行奠定夯实的基础。但爆破振动也会对周围环境造成一定程度的影响或破坏，因此爆破作业时要结合施工现场的实际情况，选择合理的炸药类型，设置合理的孔网参数、单段最大药量、起爆方式、间隔时间和装药结构等，采取开挖减振沟和对重点部位进行加固保护措施，从而切实减少爆破振动给周围环境带来的不利影响，同时也为露天矿山开采效率的提升提供良好的保障。