某露天矿山爆破对民房的有害效应监测及控制措施

2022-03-18磊陈能革

现代矿业 2022年2期

朱磊陈能革

（1.中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司；2.马鞍山矿山研究院爆破工程有限责任公司；3.安徽马钢矿业资源集团有限公司）

爆破法广泛应用于矿山开采、隧道掘进、边坡开挖等岩土工程中。采用炸药爆炸的方式进行破岩的同时，不可避免地产生了爆破振动、空气冲击波、噪声等有害效应，对爆区周边人员、建（构）筑物存在一定负面影响［1］。为较好地控制爆破次生危害，诸多学者开展了大量研究工作，取得了阶段性成果。周天刚等［2］针对白鹤滩水电站坝肩边坡爆破危害控制问题，划定了爆区影响程度分区范围；吴江华等［3］为降低隧道洞口路基土石方爆破对周边建筑物的影响，提出采用毫秒延时爆破技术、合理设计爆破参数等控制措施；姚强等［4］总结了爆破振动舒适性的影响因素，分析了现有评价指标和判据的不足，并提出了今后的研究方向；龚伦［5］分析了攀枝花铁矿爆破噪声超标的原因，采取了延时爆破、控制炮孔装药长度、覆盖防护等降低爆破噪声的措施，解决了爆破噪声扰民问题。

本研究以某大型露天矿为例，采用现场监测的方式，分析矿山爆破有害效应对周边民房和居民的影响，并提出有效的控制措施指导矿山爆破危害控制，以维护矿山周边社会和谐稳定，促进矿山开采与区域经济的融合发展。

1 工程概况

某大型露天铁矿位于宁芜向斜的东翼，宁芜中生代火山岩盆地中段，蒋门山—黄梅山断裂喷发（侵入）带的中段，陶村火山穹隆中部。矿区上部为第四系疏松堆积层，厚0～15 m；下部为侏罗系上统—白垩系下统龙王山组火山岩，厚度大于300 m，主要岩性为安山质凝灰岩、凝灰角砾岩、安山岩；侵入岩为闪长玢岩。矿体赋存于闪长玢岩与安山岩接触带附近的闪长玢岩体中。

矿山采用凹陷露天开采方式，矿石生产规模为650 万t/a；台阶高度为12 m，采用多排孔微差挤压爆破，孔径为250 mm，高精度导爆管雷管逐孔起爆；每天有2～3 个爆区爆破，每个爆区的炸药使用量为4～5 t。

矿山周边环境较为复杂，在当前采场西侧500 m范围内分布着4个村庄、200多户居民，房屋主要为砖混结构平房和2 层居民楼，许多建筑年龄达30 a 左右。

矿石生产爆破过程中不可避免产生的振动、冲击波和噪声等对百姓的生产生活造成一定负面影响，如爆破振动给人们造成心理不适感、对建筑物造成一定的损坏、爆破噪声对人的听力产生一定的损伤。因此，必须采取严格的控制措施。

2 主要爆破危害监测及安全分析

在矿山西侧民房方向开展爆破振动、冲击波和噪声监测，根据现场监测数据结合相关安全标准，进行爆破危害效应安全分析。

2.1 爆破振动

矿山生产爆破期间，在民房方向开展了十余次现场爆破振动监测工作，每次布置5 个监测点；根据爆区位置的变化，对测点位置进行动态调整；根据大量爆破振动监测数据，采用萨道夫斯基公式回归分析［6-9］，得到了生产爆破在民房方向的爆破振动传播规律：

式中，v为保护对象所在地的质点振动速度，cm/s；Q为延时爆破最大段药量，kg；R为爆破点至计算保护对象间的距离，m。

可以看出，随着测点距离的增加和装药量的减小，爆破振动皆呈现衰减趋势；通过控制爆区与民房距离、减小采场爆破装药量，可以较好地削弱生产爆破对民房的影响。

根据矿山周边民房结构类型、建筑年代等因素，结合《爆破安全规程》相关规定，综合考虑选取民房的安全允许振动速度为0.9 cm/s。现场爆破振动监测期间，民房处的实测振动数据为0.13～0.50 cm/s（表1），均低于民房安全允许振速，符合《爆破安全规程》的规定要求。

考虑矿山采场开采范围较大，且爆区位置是动态变化的，若爆区与民房之间的距离进一步减小，势必增大采场爆破振动对周边民房的影响程度，且更易于引发爆破振动扰民问题，因此必须采取有效的爆破振动控制措施，最大程度削弱爆破振动的次生危害。

2.2 爆炸冲击波

爆炸冲击波是一种强压缩波，是炸药爆炸时产生的一种有害效应［10-13］。若人员、设备等待保护对象与爆区的距离太近，爆炸冲击波不可避免地会产生一定的危害性，必须采取可靠的冲击波防治措施。考虑到矿山周边环境的复杂性，采用Micromate 高精度爆破冲击波监测仪，开展了不同距离下的现场冲击波监测，每次布置1个测点，见图1。

根据现场实测数据，得到了冲击波与爆心距变化关系（图2）和冲击波与最大段装药量变化关系（图3）。可以看出，随着测点与爆区距离的增加，测点处冲击波呈现明显的减小趋势，说明爆破冲击波随着距离的增加具有显著的衰减特性。同时，随着最大段装药量的增加，冲击波表现出增大趋势。减小装药量可以一定程度上控制爆炸冲击波的大小，进而削弱冲击波的危害效应，对于需要保护对象的安全具有较大现实意义。

由图2、图3 可知，现场实测爆炸冲击波为7.35～36.34 Pa。当测点距离为303 m、最大段药量为500 kg时，现场实测爆破冲击波为34.03 Pa；而当前爆区与民房的最近距离在500 m 以上，正常爆破的最大段药量一般在380 kg 以内，则民房处的冲击波势必小于34.03 Pa，且远远小于《爆破安全规程》中空气冲击波超压的安全允许标准。

2.3 爆破噪声

随着爆炸冲击波传播距离的增大，逐渐衰减为爆破噪声。虽然爆破噪声是一种脉冲噪声，时间短暂，但是超过一定的强度仍然会引起人们的精神紧张和不适感，必须采用可靠的控制措施将爆破噪声控制在安全标准范围内。

为掌握矿山爆破噪声情况，采用声级计在矿山采场边坡上方以及民房处布置3个监测点，开展现场爆破噪声监测工作，见图4。

《爆破安全规程》规定了不同声环境功能区的爆破噪声控制标准，见表2。矿山采场边坡上方1#测点（距离爆区239 m）、2#测点（距离爆区318 m）的检测值分别为91.9和92.3 dB（A），均小于施工作业区控制标准125 dB（A）；民房旁边3#测点（距离爆区526 m）的检测值为68.6 dB（A），小于声环境功能区1 类控制标准90 dB（A）；3 个测点的检测值均满足《爆破安全规程》噪声控制要求。考虑到采场爆区位置的变化，当民房与爆区距离较小时，爆破噪声存在超过控制标准的可能性，需根据现场情况采取有效的爆破噪声控制措施。