基于数码电子雷管的微差爆破对临近隧洞降振效果研究

时间：2024-07-28

李伟(陕西金诚杰出钒业有限责任公司,陕西西安710000)

1 前言

某露天采场以石英岩及板岩层为主,深部以安山玢岩为主,且节理裂隙较为发育,其下部80 m 处有长1 000 余米的东川河引水隧洞过,该引水隧洞围岩完整性很差,多呈碎块状结构,局部地段呈散体结构,而且在隧洞施工期间曾出现过塌方、冒顶等现象[1],围岩的抗振能力差。

在某露天采场工作平台上进行高精度雷管普通爆破作业时,监测数据显示引水隧洞断面处产生较强的爆破振动数值,质点振动峰值已接近水工引水隧洞的安全警戒值[2]。随着采场进一步向下延伸,采场爆破震源与隧洞之间的距离会进一步接近,最近距离仅约50 m。普通的爆破作业技术已经不能很好地处理该矛盾,因此探索既能保证矿山正常生产,又能保证东川河引水隧洞安全运行的爆破工艺,已成为保证生产运行的当务之急。因此,本文引入数码电子雷管爆破技术,并开展相应研究。

2 数码电子雷管的优势

数码电子雷管具有如下优势:

(1)数码电子雷管采用电子芯片来实现延期时间的控制,延时可以在0～1 600 ms 精确设置,误差小于±1 ms,相比高精度导爆管雷管,延期时间范围大幅度增加,且误差不会累加。

(2)爆破方案设计灵活、精细。可在0～1 600 ms精确设置炮孔的延期时间,不会出现跳段和窜段的现象。

(3)爆破网路中所有延时通过孔内雷管实现,无需地表延时雷管连接,节省雷管费用。

(4)爆破网路通过起爆器检测,理论上任何漏连和网路缺陷都可以提前发现,清晰可靠,进一步提高了现场作业的安全性。

3 工业试验

3.1 爆破参数

某露天采场岩石硬度系数f=8～12,深孔爆破台阶高度位12 m,炮孔直径为250 mm,按三角形布置钻孔,钻孔角度为90°,设计孔深为13 m,孔距为8～9 m,排距为6～7 m,孔底集中装药量为400～430 kg/孔,堵塞长度为6～7 m,底盘抵抗线为7 m,采用炸药混装车装药。

3.2 爆破振动监测方案

1)测点布置

在隧洞6 个断面布置12 个点位,在工作平盘和非工作平台上线性布置若干点,采用TC-4850 动态测试仪三通道并行进行爆破振动信号的采集[3]。隧道测点布置如图1所示,露天采场台阶测点布置如图2所示。

图1 隧洞测点布置示意图

图2 台阶测点布置示意图

2)传感器的安装

为了能可靠地得到爆破振动或结构动力响应的记录,传感器必须与测点的表面牢固地结合在一起,否则在爆破振动时往往会导致传感器松动、滑动,使信号完全失真。采用石膏来黏接安装。隧洞内传感器被固定在U 型铁夹内,U 型铁夹锚固在隧洞内壁,如图3所示;平盘上传感器安装在基岩上[4],如图4所示。传感器3 个方向分配为:X方向为水平切向,Y方向为水平径向(指向爆源),Z方向为垂直方向(竖直朝上)。传感器的接线用六类防屏蔽的网路线接长。测试时把记录仪接上,在爆破前接通电源,开始采集数据。

图3 隧洞断面传感器安装

图4 平盘上传感器安装

3.3 数码电子雷管试验准备

试验项目共使用了800 发数码电子雷管,准爆率100%,所有试验组网连接可靠,通信正常,起爆顺利。

3.4 延期时间的选取

1)孔间延时的确定

保持排间延时与高精度导爆管排间延时相同,即中间排延时65 ms,最后排延时100 ms。排间延期时间固定[5],调整孔间延时,选取孔间延时依次为10 ms、25 ms、30 ms、42 ms 的4 组典型的距离振动曲线进行比较,每组单响药量为430 kg,如图5所示。

图5 孔间延期的距离振动曲线

由图5 可以看出,爆心距离固定,当孔间延期时间在10～30 ms 时,爆破振动速度随着延期时间的增大而降低,但当延期时间进一步增大至42 ms 时,爆破振动速度又随之增大。因此,确定孔间最优延期时间为30 ms。

2)排间延时的确定

孔间延时固定后,调整排间延期时间。选取确定的最优孔间延期时间30 ms,调整排间延时依次为60 ms/100 ms(中间排/最后排)、65 ms/100 ms(中间排/最后排)、75 ms/100 ms(中间排/最后排)、80 ms/100 ms(中间排/最后排)的4 组典型的距离振动曲线进行比较,每组单响药量为430 kg,如图6所示。

图6 排间延期的距离振动曲线

由图6 可以看出,爆心距离固定,当排间延期时间在60～75 ms 时,爆破振动速度随着延期时间的增大而降低,但当延期时间进一步增大至80 ms 时,爆破振动速度又随之上升。可见,排间延期时间为75 ms 时降振效果最佳。

综上所述,在结合高精度导爆管雷管试验的基础上,调整数码雷管的孔间和排间延期时间,进行相同环境的多次振动监测试验,通过选取以上8 组典型爆破振动距离曲线进行对比分析,确定孔间延期30 ms、排间延期75 ms 时具有明显的减振优势。

4 数码雷管和导爆管雷管降振效果对比分析

4.1 常规爆破试验

为了使爆破实验数据具有可比性,采用同一区域、同等规模、相同爆破参数的多次爆破系列对比试验。因此,在某露天隧洞上方1212、1224、1236 平盘采用相同孔网参数进行了数组常规高精度雷管爆破试验。

选取数码电子雷管孔网延时参数为孔间30 ms、排间75 ms/100 ms(中间排/最后排),选取高精度导爆管雷管孔网延时参数为孔间25 ms/42 ms,排间65 ms/100 ms(中间排/最后排)。

4.2 振动数据采集分析

在隧洞内部和采场平盘上分别布置多个监测点,对于爆破振动速度的测量主要采用X、Y、Z三通道进行采集。为了比较数码雷管与普通导爆管雷管的降振效果,以质点振动速度峰值和主频为指标进行分析[6]。采用高精度雷管爆破振动数据见表1 和图7,采用数码电子雷管爆破振动数据见表2 和图8。

图7 高精度雷管爆破振动速度-距离曲线图

图8 电子数码雷管爆破振动速度-距离曲线图

由表1 和表2 可知,在爆心距基本相同的情况下,采用数码雷管的质点速度峰值明显小于高精度雷管,并且爆心距离越近越明显;采用数码电子雷管的爆破振动主频(Z方向)高于高精度导爆管雷管。根据《爆破安全规程》(GB6722—2014)中对水工隧洞允许的爆破震动的规定,爆破振动频率f≤10 Hz时,允许质点振动速度为7～8 cm/s;频率为10 Hz≤f≤50 Hz 时,允许振速为8～10 cm/s;当f＞50 Hz时,允许振速为10～15 cm/s。由此可见,采用数码电子雷管更有利于爆破振动的控制。

表1 高精度雷管爆破振动速度和频率表

表2 数码电子雷管爆破振动速度和频率表

从图7 和图8 可以看出,现场多次试验符合爆破震动的传播衰减规律,有部分点位由于现场地质区域点的变化引起震动幅值的波动。以水工隧道的安全控制标准为依据,图7、图8 分别对应显示振速为7 cm/s、8 cm/s、10 cm/s、15 cm/s 所对应的爆破安全临界距离,见表3。

表3 不同雷管下爆破安全允许距离

由表3 可见,在相同振动速度要求下,电子数码雷管相对于高精度导爆管雷管,爆破点到东川河隧洞的安全允许距离占明显优势。在相同爆心距离条件下,用振动速度峰值的差值进行比较,可计算出电子数码雷管相对于高精度导爆管雷管的减振率为22.7%,可用下式表示:

δ=(m-m′)/m×100%

式中:δ——减振率;

m——相同振动速度下高精度雷管的安全距离,m;

m′——相同振动速度下数码电子雷管的安全距离,m。

5 爆破效果评价

运用数码雷管在距离东川河隧洞50 m 范围进行爆破作业,爆破规模30 个孔,总装药量12 900 kg,单响最大药量430 kg,采用逐孔起爆设计。爆破时进行振动测试,最大振动速度峰值为8.160 cm/s,振动频率为15～23 Hz,测振数据在《爆破安全规程》(GB6722—2014)中对水工隧洞允许的爆破震动的规定的标准之内,属于安全爆破。爆破后及时查看隧洞内部情况,未见裂缝、坍塌、突起出现,表面无异常情况发生。可见,电子数码雷管延期时间选取合理,能保证东川河隧洞安全运行,保障生产任务顺利完成。