露天矿山爆破振动监测及分析方法研究

露天矿山爆破振动监测及分析方法研究

罗春生,陈白琳

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摘要：随着经济的快速发展，露天矿山在当下成为极为重要的工程，露天矿山繁多，设计更加复杂，施工难度大，露天矿山的重要部位，其稳定性是关乎整个工程质量的重点。前期的爆破开挖和后期的支护、锚固为主要决定因素，前期爆破开挖中的最大单响药量控制便显得尤为重要。在露天矿山中，开挖采用爆破振动监测方法，测定洞室开挖过程的场地系数，以及监测后续爆破开挖，为确定最大单响药量提供科学依据，对洞室开挖提出了指导性意见，提高了施工效率，并确保爆破振动控制在安全范围内进行施工。

关键词：露天矿山；爆破振动；监测；方法

引言

煤炭资源和金属矿产资源是人类赖以生存和发展的基础，其中露天开采资源占比高达90%。露天矿采用爆破开采资源时，边坡的稳定性在爆破振动的作用下越来越差，滑坡会严重影响工程的正常生产甚至人员的生命安全。国内外学者对此做了大量的研究，（1）分析了金堆城露天矿爆破质点振动速度、振动主频、振动持续时间的特点，利用二元线性回归原理分析了露天矿爆破振动沿高边坡的放大效应;（2）运用UDEC离散单元程序模拟了爆破荷载作用下黄麦岭磷矿采场岩质边坡的动态响应;（3）通过露天矿边坡的特征划分了边坡的破坏模型，并探讨了边坡稳定性的影响因素;（4）基于岩质边坡爆破振动高程响应机制的理论分析以及边坡开挖爆破振动的数值模拟分析，研究了边坡爆破振动速度的高程放大效应;（5）基于爆破振动峰值振速预测，分析了相同爆心距、不同起爆点的条件下，边坡不同测点峰值振速的变化规律;（6）基于PFC3D模拟了露天矿边坡内不同高度、埋深和装药量的单孔爆破过程。

1爆破振动监测目的

通过针对性设计的爆破振动无线监测系统，能够及时发现和记录丰满露天矿山各个测点的爆破振动，从而更好地了解其影响范围，并为后续的施工提供准确的参考依据。了解和掌握露天矿山开挖区域爆破地震波的基本传播规律，以及被保护设备对爆破地震波的动力响应特性。监测被保护建筑物的安全；验证爆破工艺试验参数设计，指导爆破工艺试验有效进行，如保证试验安全、控制试验质量、改进试验工艺等。通过评估和优化爆破试验参数，以提高其适用性。为有效防止爆破振动造成的破坏，应当采取有效的控制手段，以便有效维持爆破的稳定性与完整性，提出适应露天矿山开挖的施工方案和钻、爆参数[1]。

2露天矿山爆破振动监测及分析方法研究

2.1爆破施工技术施工要点

（1）爆破施工设计在露天矿山施工过程中，爆破施工是其中的重要组成部分。由于工程条件复杂，相关工程设计人员应根据现场实际情况合理绘制孔布置图，选择最佳爆破参数，并在发生事故时及时调整相应参数，以确保施工设计方案符合实际要求.（2）钻孔与验孔在进行钻孔作业的过程中，要根据施工现场的实际情况，合理选择相应设备。比较常见的有风动式凿岩机钻，可以根据实际需求进行调整。在完成钻孔后，需由相关人员进行质量验收工作，将其与钻孔参数进行对比，确保其偏差没有超出正常范围，才能继续进行施工。若偏差较大，及时进行沟通协商，对其进行处理。（3）装药与堵塞根据设计标准进行装药，确保其符合相应规范要求。在完成装药作业后，可以使用黄泥处理孔内堵塞。在实际操作过程中，不仅要保障堵塞质量，也要防止其损坏导爆管，不利于后续操作。（4）防护与起爆爆破作业具有较大的威力，为了避免其影响周围构造，相关人员应对爆破效应进行深入分析，科学划分可能影响的范围，并采取相应的防护设施。在实际进行起爆作业之前，要划定爆破警戒区，撤离所有人员，做好安全防护准备，最后再完成起爆作业。另外，为了确定爆破效果，需要进行爆后检查，做好相应处理工作，确保后续施工作业能够顺利进行[2]。

2.2爆破振动无线监测系统

通过物联网技术开发一个能够监测爆破振动的无线监测系统。该系统由一系列无线设备组成，包括监测爆破振动的检测仪、记录爆破过程的记录仪及用于监测的中央服务器，该系统能够进行远程监测，对不同地区的爆破活动进行全面的监控，以确保爆破的准确性。根据不同的地质条件，在各地的爆破点上都配备了检波仪，以便将爆破产生的振动变化及其相应的电信号发送到爆破记录仪。记录仪能够对这些信息进行双向的采样和分析。通过无线传输模块，爆破信息被快速、准确地发送至中央服务器，经过解码处理，最后被安全地保存起来。此外，服务器还支持远程访问，使用者能够通过互联网访问最新的爆破信息，从而更好地掌握爆破过程的实时情况。根据大量的实际数据，当受到爆破压力时，建筑物地面的振动频率通常介于1~100Hz之间。这就意味着，使用普通的传感器来检测爆炸时，其覆盖的频段非常有限，无法准确地检测出真正的爆炸波。尽管已经采取了严格的措施，但仍然难以实现科学、安全、可靠的控制。另外，当前实施的国家标准GB6722—2003《爆破安全规程》对于爆炸物质的安全性进行了严格限制，其中包括低频、中频及高频等，这就需要迅速识别并确认出各种不同频段物质的最大振幅。

2.3边坡安全监测

对爆破振动及开挖“切脚”后引起的边坡变形/位移问题，除了采用质点振动速度监测外，还采用表观监测棱镜、锚杆应力计、多点位移计和锚索测力计等监测仪器进行监测。井口边坡（开口线外上方边坡、第一级至第三级边坡共四级）安装有多套表观监测棱镜、锚杆应力计、多点位移计和锚索测力计等监测仪器，对边坡变形/位移进行监测。2020年12月26日、2021年3月20日、2021年5月10日发生3次塌方，监测数据均突变增大，表明边坡发生较大变形（位移）。（1）边坡表面变形观测。露天矿山井口边坡设置了多个点的表观变形监测。通过实际监测可知，每次塌方发生，表面监测数据都突然增大，表明塌方引起边坡表面变形和发生了位移；监测数据多，已把中间数据省略。控制单响（孔）药量和合理设置孔间微差时间后，渐变段和基坑开挖爆破振动对边坡表面变形/位移影响很小。（2）多点位移计监测。露天矿山井口边坡设置了多个4点式位移计，用来监测边坡深度变形/位移情况。塌方发生，表面监测数据都突然增大，表明塌方引起边坡深层变形和发生了位移。控制单响（孔）药量和合理设置孔间微差时间后，渐变段和基坑开挖爆破振动对边坡深层变形/位移影响很小，边坡趋向安全稳定。（3）锚索测力计监测。露天矿山井口边坡设置了多个四弦式锚索测力计，用来监测边坡深度变形/位移情况。两次塌方发生，表面监测数据都突然增大，塌方引起边坡变形导致荷载增加。控制单响（孔）药量和合理设置孔间微差时间后，渐变段和基坑开挖爆破振动对边坡深层变形/位移影响很小，边坡趋向安全稳定。截至怒气按监测数据表明：露天矿山井口边坡表面位移、岩石内部位移、锚杆应力及锚索测力计荷载变化均较小，边坡处于相对稳定状态。当然，边坡的安全稳定还有锚索等支护起了很大作用[3]。

结束语

随着水平距离和标高的增加，露天矿爆破颗粒振动速度峰值非线性减小，主振动频率也由高频变为低频。为了保证边坡的稳定性，应注意坡脚的振动破坏和坡顶的低频共振效应。由此露天矿爆破施工时应控制单段最大药量且进行边坡加固处理。

参考文献：

[1]谭清燕,何慕平.露天矿山爆破振动监测及分析方法研究[J].世界有色金属,2020(19):152-153.

[2]冀楷欣,张世平.基于HHT方法的露天矿山爆破振动信号分析[J].煤矿安全,2016,47(03):140-143.

[3]胡兵,徐颖.露天矿山深孔台阶爆破振动监测与分析[J].安徽工程大学学报,2012,27(02):92-94.