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爆破振动有害效应的预防和控制

发布日期:2020-09-07   来源:矿道网   投稿者:庞海波   浏览次数:2687

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        1 爆破振动的作用机理

1.1 爆破振动产生的原因

炸药在介质中爆炸过程中很大一部分能量转换成了波的形式在介质内传播,包含冲击波、应力波、弹性地震波,冲击波、应力波、地震波。冲击波主要作用在炸药波附近对周围介质进行爆破破坏,而其中应力波和弹性地震波则沿着介质向周传播,导致介质沿其平衡位置作直线或者曲线往复运动造成质点破坏,是造成爆破振动的主要原因[1]。

1.2 爆破振动的特征

1)爆破振动持续时间短。爆破振动由于受爆破器材的延期起爆控制,爆破释放能量时间较短,造成形成的波阵短,与天然地震相比,爆破振动时间几毫秒或最多几百毫秒,振动时间都是毫秒级别的,而天然地震都是几十秒甚至几分钟持续时间较长。

2)爆破振动频率较高。爆破振动的频率基本在5 ~ 500 Hz,爆破地震波频谱示意图如图 2。而天然地震的频率为 0.5 ~ 5.0 Hz,天然地震的频率较低,天然地震的振动频率与一般民用建筑物的固有频率4~12 Hz 接近,容易引起建筑共振破坏,破坏力比爆破振动强。

3)爆破振动频率受爆破规模和爆破类别影响较大。爆破规模越大,一次爆破炸药量越大,造成的爆破振动就越接近天然地震,其破坏效果就越大。其次爆破振动频率还受爆破类别的影响,不同的爆破形式造成的爆破振动效果不同,浅孔爆破或隧道爆破其主振频率一般为 40 ~ 100 Hz 或 100 Hz 以上;深孔爆破的主振频率为 10 ~ 60 Hz;硐室爆破的主频率一般小于 20 Hz;拆除爆破的主振频率一般在10 ~ 40 Hz 范围内,而且拆除后的建筑物倒塌坠落产生的振动频率与建筑物固有频率十分接近,因此容易造成周围建筑物破坏,应当给予重视,采取相应措施进行处理。

4)爆破振动主振频率的传播与介质有着密切关系。介质密实度越大,越坚硬其振动衰减就越少,传播就越远,相反在裂隙很大、岩石分化严重的区域内,其衰减就越厉害,因此可以根据此现象对爆破振动采取相应的控制措施。除以上几点外,爆破振动还与炸药的类型、炸药量、药包形状、自由面数目、爆源远近、地质条件等有关,爆破振动影响因素较多且较为复杂,为了有效的控制爆破振动,需综合考虑其影响因素,采取有效措施进行预防控制。

1.3 爆破振动的预测与判断方法

为了有效的控制爆破振动,首先需要对爆破振动进行预测和判断,目前国内外主要采用振动速度作为判断振动强度程度的物理衡量指标。爆破振动的强弱程度称之为振动强度。其中质点振动强度可以通过质点速度、位移等物理量表示[2]。现在国内外主要采用的爆破判断方法有以下几种。萨道夫斯基公式[3]:v=KQ3姨/R)α式中:v 为介质质点的振动速度,cm/s;Q 为炸药量,齐发爆破时取总药量,延时爆破为最大一段药量,kg;R 为测点至爆心距,m;K、α 为与爆破条件、岩石特征有关的系数。经验公式判断法[4]:v=K(R Q姨 )B 或 v=CQ0.75/R式中:v 为介质质点的振动速度,mm/s;Q 为最大单响药量,kg;R 为测点至爆心距,m;K、B、C 为爆破场地系数。

目前我国主要采用萨道夫斯基公式进行判断,对不同的建筑物和其他保护对象采取相对应的振动速度和主振频率,具体参数标准详见 GB 6722—2014 爆破安全规程中的 13.2 爆破振动安全允许距离中的爆破振动安全允许标准。

2 爆破振动的控制措施

为了避免爆破振动对周围建筑物、民房设施、重要保护物造成破坏或者影响其安全稳定,根据爆破振动的破坏机理,采取可靠的控制措施,减少爆破振动的破坏影响。

2.1 合理的选取爆破参数

1)对爆破振动影响较大的因素为一次齐爆药量,一次齐爆药量越大造成的爆破振动就越大,所以从爆破施工方面考虑减少一次齐爆药量可以有效的降低爆破振动。

2)爆破的最小抵抗线、孔网参数对爆破振动也有着很大影响。若爆破抵抗过大,孔网参数过大会导致爆破时前排无法及时推出,能量集中在岩层中,导致爆破振动通过岩层进行传播,造成爆破振动有害效应较为严重。因此要合理的选择爆破抵抗线、孔网参数、爆破作用指数。

3)炸药性能选择要可靠。选择低爆速、低威力的炸药有利于降低爆破振动。多次科学实验和实践证明,爆破振动的大小与炸药的波阻抗有关,当炸药的波阻抗越接近岩石的波阻抗,则会形成共振,导致振动强度变大。因此降低炸药相应的波阻抗可有效的降低爆破振动[5]。

4)选择合理的装药结构。炸药在介质中爆炸后生产的能量和冲击波通过岩层以波的形式向四周进行传播,因此合理的选择装药结构有利于能量的扩散,减少波的传播,从而有效的降低爆破振动对周围建筑物和设备的影响。

2.2 采用毫秒微差起爆技术降低爆破振动

微差爆破,又称毫秒爆破,是一种延期间隔为毫秒到几十毫秒的延期爆破。由于前后相邻段炮孔爆破时间间隔极短,致使各炮孔爆破产生的能量场互影响,既可以提高爆破效果,又可以减少爆破地震效应[6]。毫秒微差爆破段数越多,能使前后起爆的炸药量产生的地震波主震不重叠,选使前后起爆的炸药量产生的地震波互相干扰,降振效果越明显。微差起爆的振动强度要比齐发爆破降低 1/3~2/3[7]。

2.3 改善爆破周围环境条件降低爆破振动

1)采用预裂爆破或开挖减振沟槽。在爆破区域与保护建筑物或设备之间提前进行预裂爆破或开挖减振沟槽,爆破时产生的地震波在传播时遇到预裂形成的沟槽时会大幅度降低振动浮动,从而减少爆破振动对保护物的影响。有时候可以利用爆破区域周围的自然条件,如利用自然的河流、深沟、渠道、断层等自然条件,达到同样的效果。

2)采用不耦合装药或分段装药,从而达到限制齐爆药量,减少爆破振动。

3)针对爆破拆除造成的振动效果分为 2 部分。一部分是爆破时产生的爆破振动,可以采用装药结构的调整,合理装药,控制爆破参数,减少齐爆药量等方面从爆破瞬间产生的能量方面控制爆破振动。还有一部分是爆破后拆除建筑物倒塌坠落时冲击地面造成的振动,可以采用提前尽量拆除预拆除结构的方法,对能够拆除的大的结构件进行提前拆除,另外可以控制倒塌方向及倒塌段大小,还可以对倒塌区域铺设沙袋或橡胶等物体进行缓冲,从而减少拆除物倒塌撞击地面造成的爆破振动[8]。

3 结 语

爆破振动是爆破时产生的较为严重的爆破有害效应之一,其产生的有害效应可用爆破测振仪定量定性的检测出保护物体周围爆破振动波的大小,从而进一步判别爆破效果的好坏。然后根据其产生的原因和作用机理,选取合理的爆破参数,充分利用微差技术,改善爆破条件等方法有针对性的进行相应的预防和采取控制措施,进一步有效的减少爆破振动造成的损失,提高爆破效果,完善爆破施工工艺,促进爆破行业的向健康、安全、环保、高效方面发展。

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