露天矿山爆破振动的影响因素分析

曾玉莹，于世杰

（1.河北钢铁集团滦县司家营铁矿有限公司，河北 唐山 063700；2.河北钢铁集团司家营研山铁矿有限公司，河北 唐山 063700）

0 引言

近年来，随着矿山开发技术的不断进步，爆破作业已成为露天矿山生产过程中不可或缺的环节。然而，爆破振动对环境造成的影响问题日益凸显，导致了许多环境问题和安全隐患。为了有效解决这一问题，本文对露天矿山爆破振动的影响因素进行了系统研究，并提出了一系列振动控制措施。

1 露天矿山爆破振动的影响因素

露天矿山爆破振动受多方面因素影响。爆破参数是其中一个重要因素，其包括炸药类型、荷载量、孔距、排距、装药结构以及起爆方式等内容，这些参数会直接改变爆破过程中产生的振动能量和特性。例如，炸药的能量、装药密度和起爆方式等都会对爆破振动的强度和频率产生显著影响。其次，岩石特性对爆破振动的影响主要体现在传播方面，岩石的物理和力学性质，如密度、弹性模量和泊松比等参数，会影响振动波在岩石中的传播速度和衰减特性，并且岩石中的裂隙、节理等结构缺陷同样会对振动传播造成影响。此外，爆破区域的地形和地貌对爆破振动传播的影响主要表现在振动能量的衰减和反射上，如山体、河流和断层等地形特征，可能导致振动能量的分散和吸收，进而影响振动的传播范围和强度。而季节和气象条件也会影响爆破振动的传播，因为它们会改变地下水位、土壤湿度和气温等环境因素，例如，在高水位和高湿度条件下，振动波在土壤中的传播速度和衰减程度可能会发生变化。同时，监测点与爆破区域之间的距离对振动大小也起到关键作用，振动强度通常随着距离的增加而减小，因此离爆破区域较远的监测点受到的振动影响可能较小，而且高频振动在传播过程中衰减较快，这也是一个需要关注的方面。最后，爆破振动传播介质也会影响振动的传播特性，不同的传播介质，如岩石和土壤，具有不同的传播速度和衰减特性。此外，传播介质的类型、密度、湿度、结构和层状特点都可能对振动传播产生显著影响[1]。

2 振动控制措施

2.1 优化爆破参数

为了减小爆破振动对周边环境的影响，优化爆破参数显得尤为重要。在不影响爆破效果的前提下，尽可能减小爆破振动是首要目标。因此，在选择炸药时应尽量选择能量较低的炸药类型，装药量也是影响爆破振动的重要因素，在保证爆破效果的同时，应尽量减小装药量，并采用合理的装药结构，使炸药能量更加集中，例如采用分层装药、同心圆装药等方法。

此外，合理的爆破顺序也可以减小爆破振动对周边环境的影响，例如采用顺向爆破、回旋爆破等方法，使爆破振动能量沿特定方向传播，避免对周边环境产生过大影响。调整爆破孔深度和孔距也可以有效地控制爆破振动，增加爆破孔深度可以使炸药能量更加集中，从而降低振动影响，而适当增加孔距可以减小相邻孔之间爆破的相互影响，降低振动强度。

在实际爆破中，需要根据爆破目标、岩石特性、周边环境和安全等因素进行综合考虑，制订出最佳的爆破方案，并且需要注意合理使用爆破设备和仪器，确保爆破过程的控制和安全。综合考虑这些因素，优化爆破参数可以有效地降低振动强度和频率，减小对周边环境的影响，从而达到最佳的爆破效果和振动控制效果。

2.2 精确测量和评估岩石特性

为了优化爆破方案，减小振动影响，需要精确测量和评估岩石的特性。其中，岩石密度是影响振动传播速度的重要因素，而岩石的抗压强度和抗拉强度会影响振动波在岩石中的衰减能力。此外，弹性模量和泊松比也是描述岩石应力-应变关系的两个重要参数，对振动波在岩石中的传播和衰减有着直接影响。

对于裂隙特性较明显的岩石，其振动衰减能力较强，而缺乏裂隙的岩石则相反。因此，测量岩石裂隙特性可以更好地了解振动波在岩石中的传播过程，从而为制订合适的爆破方案提供依据。此外，地下水条件也会影响岩石的强度和振动传播特性，地下水饱和的岩石通常具有较高的振动衰减能力，而干燥的岩石则相反。因此，了解地下水条件对于制订合适的爆破方案同样具有重要意义。

总之，通过精确测量和评估岩石的特性，可以预测振动在岩石中的传播特性，为制订合适的爆破方案提供依据，在实际爆破中，需要充分考虑岩石的特性、地下水条件和安全等因素，制订出最佳的爆破方案，以达到减小振动影响、提高爆破效果的目的[2]。

2.3 选择合适的爆破点和监测点位置

合理的爆破点和监测点位置有助于减小振动波在地面上传播的距离和影响范围，从而减小振动对周边环境的影响。首先，在选择爆破点时，应充分考虑地形地貌、岩石特性、爆破目标、周边环境等因素，合适的爆破点应尽量远离周边敏感区域，以降低爆破振动对其的影响，同时，还应考虑到地形地貌对振动传播的影响，尽量避免在地势较低或地形复杂的区域进行爆破作业。其次，应根据振动传播特性、受影响环境的具体位置以及监测目的进行监测点的选择，合适的监测点位置有助于准确评估爆破振动对周边环境的影响。因此，在选择监测点时，应考虑距离、方向、地形地貌和环境类型等因素。

2.4 考虑季节和气象条件

合理利用季节和气象条件的变化可以有效减小爆破振动对周边环境的影响。例如，在低温条件下，岩石和土壤的弹性模量会增大，从而减小振动波在地面上传播的速度和能量，因此，在温度较低的季节进行爆破作业可能有助于减小振动影响。而高湿度条件下，土壤和岩石中的水分含量较高，有助于消耗振动波的能量，因此，在湿度较高的季节进行爆破作业可以减小振动对周边环境的影响。除此之外，风向和风速对振动波在空气中的传播也会造成影响，在有利风向的条件下进行爆破作业，可以将振动波远离敏感区域，降低振动对其的影响，适当的风速有助于振动波在空气中的传播和衰减。而降水天气会导致地面湿度增加，有助于振动波能量的消耗，所以在降水天气进行爆破作业可能有助于减小振动带来的影响。需要注意的是，过多的降水可能导致地面变得不稳定，增加爆破作业的安全隐患，因此需要在降低振动影响与保证作业安全之间找到平衡。

2.5 采用分段起爆、延时起爆等技术

为了减小露天矿山爆破振动对周边环境的影响，可以采用一些爆破技术来控制振动的时间和空间分布，以降低振动的强度和频率。其中包括分段起爆、延时起爆、电子雷管起爆和预裂爆破技术等。

分段起爆技术将整个爆破区域分为若干个独立的爆破段，然后按照一定的顺序和时间间隔依次进行爆破，这样可以减小单次爆破产生的振动强度，减小对周边环境的影响。但需要考虑爆破段的数量、大小和爆破顺序，以实现最佳的振动控制效果。延时起爆技术是指在相邻爆破孔之间设置一定的起爆延迟时间，使爆破振动能量在时间上分散，降低单次爆破产生的振动强度，合理的延时起爆可以有效地减小爆破振动对周边环境的影响，在选择延时起爆参数时，应根据岩石特性、爆破目标、周边环境等因素进行综合考虑。电子雷管起爆技术具有较高的起爆精度和可控性，可以实现精确的延时和分段起爆，通过使用电子雷管起爆系统，可以有效地减小爆破振动对周边环境的影响。预裂爆破技术是在主爆破之前进行的一种辅助爆破方法，通过在岩石中预先形成裂缝，降低爆破振动对周边环境的影响，预裂爆破通常采用小药量、密孔距、低排列荷量的爆破参数，以实现较小的振动影响。

这些技术的应用可以有效地减小爆破振动对周边环境的影响，但需要在实际操作中充分考虑爆破目标、岩石特性、周边环境和安全等因素，以达到最佳的爆破效果和振动控制效果。

2.6 积累爆破振动数据，优化爆破方案和技术

积累和分析爆破振动数据是提高爆破效果和减小振动对周边环境影响的关键。通过对历史爆破振动数据的收集、整理和分析，可以挖掘出爆破过程中的规律和特点，从而优化爆破方案和技术。

首先，在每次爆破作业过程中，要对爆破参数、岩石特性、地形地貌、气象条件等因素进行详细记录，同时，要在关键监测点布设振动监测仪器，实时收集爆破振动数据[3]。其次，将收集到的爆破振动数据进行整理和归类，包括数据清洗、异常值处理、单位转换等操作，还要对各个监测点的振动数据进行分析和比较，找出振动强度与各影响因素之间的关系。接着，利用统计学和数据挖掘方法，对收集到的爆破振动数据进行深入分析，分析内容包括振动强度的分布特征、爆破参数与振动强度的相关性、振动衰减规律等方面。最后，根据数据分析结果，对爆破方案和技术进行优化调整，包括调整爆破参数、采用分段起爆、延时起爆等技术、改变监测点布局等，优化后的爆破方案应在实际作业中进行验证，并根据验证结果进行进一步调整。

3 结语

通过对露天矿山爆破振动的多种影响因素进行系统研究分析，所得结果可以为矿山企业提供针对性的振动控制建议。然而，由于地理环境、矿山条件和爆破技术等方面的差异，具体控制措施需根据实际情况进行调整。