爆破震动第1章绪论..docx

第1章绪论1.1 研究的背景及意义爆破是矿山生产主要环节之一。爆破质量的好坏不仅影响着矿山生产过程中的铲装、运输、机械破碎等后续工艺的效率和总的经济效益，而且对矿山生产安全也有重要影响。爆破震动是炸药爆炸后应力波在介质中的传播。就像爆炸使近区的介质发生破坏一样，当爆破引起目标物所处地带的震动幅值大于一定的数值时，会引起目标物的损坏。生产爆破震动是引起地下矿山巷道破坏的重要原因，也是诱发岩爆的主要因素之一。由于其地质条件的复杂性、多变性，一直是都是研究的重点难点。频繁的爆破或大爆破会造成地下建筑物的破坏（破裂、塌陷、冒顶等），同时会导致矿山地压的变化，从而诱发岩爆发生，会影响企业的生产安全，降低生产能力，给工作人员人身安全造成重大伤害。通过对爆破震动的监测，得出可供分析的数据，以便进行研究，来优化爆破设计方案，减小生产爆破的破坏性。保国铁矿铁蛋山矿区位于辽宁省西北部北票市境内，属露天转地下开采，选用无底柱分段崩落法开采，下盘围岩较破碎，在矿石回采过程中地压显现明显，尤其处于下盘围岩之中的沿脉运输道，顶板下沉、开裂，帮壁开裂现象严重。加上保国铁矿单次爆破药量较大，进路回采爆破频繁，不可避免的对下盘运输道的稳定性造成干扰。虽然保国铁矿对下盘运输道采用了锚杆、金属网、钢拱架及喷射混凝土联合支护，但在爆破震动的扰动及自然形变作用下，地压问题仍然很突出。(a)顶板冒落 (b)两帮片落图1.1 +50水平的冒落、片帮现象因此对铁蛋山矿进行爆破震动监测，研究破碎岩体中爆破震动的传播规律，爆破震动对围岩、巷道稳定性的影响，以及各种爆破参数和传播介质对爆破震动信号特征的影响，从而对铁蛋山矿爆破震动产生的危害进行控制，对其爆破参数进行调整，为矿山安全高效生产提供有效指导。1.2国内外相关领域的研究及现状1.2.1爆破震动传播规律爆破地震波是一种弹性波，它包括在介质内部传播的体波和沿分层岩石层面传播的面波。震动区的能量仅占爆炸总能量的很小部分，在岩石和干土中约为2％～6％，在湿土中约为5％～6％，在水中约为20%。但是，震动区内的应力波虽然已经大大衰减，这些具有一定强度的小震幅震动仍足以使结构发生轻微破坏及发生不同程度的损伤破坏。由于近年来爆破震动事故频繁，使得对爆破震动区的研究越来越多。爆炸波从介质中的震源出发向外传播，将在各向同性介质中产生一个球面波。它的波阵面面积随r2而增加，流过单位面积的能量随r2而降低，从能量损耗的角度考虑，地震波强度应该随产r2或r的增大而衰减。同时，岩土介质中存在大量微观裂隙，客观上使地震波随传播距离的增大而不断呈指数形式衰减。根据我国《爆破安全规程》（GB6722-86）及国内外的一些研究成果，在中国和前苏联爆普遍采用的萨道夫斯基公式来研究爆破震动的传播规律[1-3]，由于地震波在传播的过程中，地形的变化对爆破震动效应的影响是很明显的；当出现河沟、山谷、巷道、采空区、断层、裂隙时，震动效应明显减弱；当出现山坡、岩柱时，震动效应增强，称之为高程放大效应。于亚伦[4]指出萨道夫斯基公式仅适用于地势平坦的情况，对于高差较大的部位，还应考虑爆破地震波传播的高程效应。黄树棠、张雪亮[5]认为，不论地形多么复杂，地形的变化可以用高程的变化(高程差)近似表示，并且发现，高程差值为25~105m时，岩石中的水平方向的质点速度增大1.23~3.04倍，垂直方向增大3.26~3.80倍；在表土中水平方向增大1.18~1.53倍，垂直方向增大1.32~1.79倍。刘美山等[6]、周同龄等[7]、宋光明等[8]、徐海亮等[9]、Ghosh等[10]及前苏联学者分别提出放映高程的震动速度传播规律预测。震动波的强度随药包埋置深度的不同而变化[11]，随着深度增加，爆破震动波在地下向周围扩散时，能量损耗也逐渐增大，由于表面波和反射波的影响，地表测点震动大、衰减快，地下测点与地表测点相比，震动小、衰减慢。实际测量与研究发现[12]，地下某一深度的爆破在地表产生的诱导震动，以垂直爆破点上方的竖直速度最大，而水平速度较小；离该点越远竖直速度减小；水平震速随水平距离的增大，先是增大到某一峰值后再逐步衰减。远近区传播规律的不同，戈鹤川、杨年华建议将近距离震动衰减规律和远距离衰减规律分开考虑，当比例距离R1=R/Q2≤10，认为近距离震动；R1=R/Q2＞10认为是远距离。近距离震动K值较大，可达500以上，α值较大，可取2.0～3.0；远距离爆破震动，衰减指数K=130～500，α=1.3～2.0。G.L.Yang[13]、张庆松[14]、傅洪贤[15]等研究了爆破震动近区的传播规律与远区的规律不同，对近区震动危害控制提供有力指导。炸药性能对爆破震动波幅值也有显着影响[16]，通过近地表同