减小药室爆破对周围爆破地震影响

1 工程概况

进行药室爆破的君山位于某厂区，其岩石物理性质为：单向抗压强度为100～120MPa(f=10～12)，单向抗拉强度为6MPa，密度2.6t/m3，岩层属于厚层石灰岩，山体表土覆盖较少，山体内有小溶洞裂隙等。在平整场地时，曾对其边坡进行修整，由于山体裂隙断层的存在，经雨水的冲刷，多次发生山体滑坡，危及厂房和运输通道，故决定对其分东西两部分进行大爆破，以消除隐患。

1.1 爆区情况

东部爆区长112m，宽50m，爆破高度约40m，导硐设计标高 1 240m。其东侧为农田，南侧距厂房100m，西侧为西部爆区，北侧距最近的村庄民房134m。

西部爆区长75m，宽40m，爆高约30m，导硐设计标高 1 250m。东侧为东部爆区，南侧距库房100m，西侧距电力室120m，北侧距最近村庄民房95m。西部爆区起爆晚于东部，以便在东侧形成1个空间，减少飞石对民房造成的损失。

1.2 爆破要求

(1)由于东西部爆区的北侧有民房和村庄，应避免爆破地震、飞石等的影响和危害。

(2)爆破时要使岩石向北侧和东北侧倒塌，不向南侧方向倒塌。

2 爆破方案

2.1 爆破方案的确定

根据地形、地质特点和对爆破的要求，经多个方案比较后，确定总体爆破方案为：条形分集药包，大空腔比为φ=5～6，间隔堵塞装药结构和微差毫秒爆破的减弱松动崩塌爆破总体方案。爆破作用指数设计n=0.6。最小抵抗线：东部wE=14～20m；西部ww=10～13m。最小抵抗线与埋深比w/H≤0.5。

2.2 最大一段药量的控制

2.2.1 安全爆速

根据《爆破安全规程》，结合本次爆破现场情况，为了保证附近村庄毛石房的安全，应使最近距离(RW=95m，RE=134m)处的振速控制在vA≤1.0cm/s。

2.2.2 确定k与α值

由相似理论——量纲分析的结果，给出按萨道夫斯基经验公式计算振动速度为

(1)

式中：k与α分别为爆破系数与衰减指数；Q为最大一段药量；R为测点与爆心的距离。

将式(1)变形得

lnv=lnk αln(Q1/3/R)

令y=lnv,a0=lnk，a1=α，x=ln(Q1/3/R)，得y=a0 a1x。

通过3次试爆与测试所得数据，用最小二乘法原理进行线性回归后，计算得出a1，a0的数值；求得k=80，α=1.8。

2.2.3 最大一段药量的计算

将东西部爆区的RE，RW，vA=1cm/s，k=80，α=1.8等值代入式(1)中，可得Q值，即东部爆区最大一段药量不得超过1 500kg，西部爆区最大一段药量不得超过500kg。

2.3 爆破参数设计

2.3.1 药量计算

本次爆破均采用条形药室，药量为

Q=Knw2L(2)

式中：L为装药长度，m；w为药室最小抵抗线，m；Kn为单位药量综合系数，Kn=Kf(n),f(n)=0.4 0.6n3；K为单位炸药消耗量，kg/m3；n为爆破作用指数。

计算结果，西部爆区硐室(条形药室)总装药量为4.3t，最大一段起爆药量控制在500kg。东部爆区药室总装药量为15.25t，最大一段起爆药量控制在1 500kg。

2.3.2 爆破网络与爆破方量

东、西爆区均采用多段毫秒爆破，非电复式起爆(药室导硐外用电爆网络与雷管，用以激发导爆管网络)。东部爆破工程量为9.8万m3，西部爆破工程量为4.1万m3，总计为13.9万m3。依据选定的爆破方案、药室布置、装填结构、空腔比和药室最小抵抗线等进行爆破参数设计。东部爆区设计为A，B号两个硐室；西部爆区设计为1个C号硐室。有关爆破参数设计见附表。

3 爆破地震效应

3.1 爆破振速验算

根据式(1)计算，东部爆区爆破时，最大一段爆破药量Q=1 500kg，RE=134m，k=80，α=1.8，则v=0.94cm/s；西部爆区爆破时，Q=500kg，RW=95m，k=80，α=1.8，则v=0.92cm/s。两区的振速均小于安全规程规定的安全振速。

3.2 爆破减震措施

为了减小爆破地震的影响，采用的措施和设计，如控制最大一段药量试爆监测；用最小二乘法原理进行线性回归求得萨道夫斯基公式中的K与α值；条形分集药包；大空腔比φ=5～6(由于药包的空腔效应从理论和实践上认识还有些模糊，目前很难知道是否选用了最佳的空腔比，一般情况下取3～6)；采用间隔装药结构；在起爆上使用公认的多段微差毫秒爆破。此外，在挖掘硐室巷道的同时，还在 1 230水平(山脚的农田边)挖出了深1.5m、宽1.0m左右的围墙基础的沟(防震沟)，环绕着西部爆区和大部分东部爆区。

在爆破后观察，所有村庄的民房(毛石房)均无变形和裂缝扩展，表明爆破地震得到了很好的控制。应当指出的是：在东部爆区的东侧为一大片农田土地，未挖围墙基础的沟(即无防震沟)，在爆破后致使约50～60m2的田土凸臌起0.3～0.5m。说明爆破地震受较深的沟壑的阻隔产生了衰减，即所挖基础的沟起到了防震的作用。目前，关于地形变化对爆破地震波传播的影响还缺乏研究，难以估算沟壑对爆破地震衰减的影响程度，这是今后爆破工程中需要进行研究解决的一个问题。