建筑物附近大量石方爆破振动监测及控制.pdf

3 0 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s第3 8 卷第4 期 建筑物附近大量石方爆破振动监测及控制’ 李德林∞刘 强① 高振儒∞ ①解放军理工大学工程兵工程学院 江苏南京，2 1 0 0 0 7 ②南京理工大学 江苏南京，2 1 0 0 9 4 [ 摘要] 在石料开采工程中，应用深孔毫秒微差爆破技术，减少爆破振动危害，取得了良好的爆破效果。该文根 据水泥厂附近大量石方爆破振动监测，介绍了对爆破振动监测的方法，同时介绍了如何控制爆破振动对建筑物的 影响。一 [ 关键词] 建筑物 微差爆破爆破振动爆破监测振动控制 [ 分类号] T D 2 3 5 ．1 4 1 工程概况 江苏龙潭水泥厂石方爆破工程位于龙潭水泥厂 区内，场地内总爆破石方量达6 0 多万立方米，场地 内岩体地质变化较大，表面风化严重，岩体内部自然 裂隙，结构面较为发育，部分地段为土夹石。 该工程采用中深孔爆破，其中有关参数为孔径 9 0n l I n ，孔深8 2 4m ，孔距3 ．5 4 ．0m ，排距3 ．0 3 ．5m ；采用粉状乳化炸药，同段最大药量为4 0 一8 0 k g ，一次爆破总药量为1 ．0 2 ．5t 。 爆区周围环境较为复杂，北面1 0m 为生产水泥 厂房；西侧紧靠厂区公路，约2 0m 处有地磅房间和 氧炔车间；西面5 0m 为污水处理系统；东面2 5 m 为 修理车问。附近4 0m 处有一水泥成品库，见图1 。 图1 爆破区域环境图 单位- m 爆区周围需要保护的建筑设施比较多，对爆破 振动安全要求较高。为此在进行爆破工作的同时， 应采取必要的监测措施，对爆破的强度和影响范围 实施监控。研究场地内爆破振动速度衰减规律，确 定一次起爆药量极限，同时研究扩大爆破规模时减 震措施。为此对爆破振动效应实施了监测，对监测 结果进行了分析，并在此基础上，得出了龙潭水泥厂 爆破振动衰减规律，并提出了控制爆破振动的措施。 对类似复杂环境下爆破工程具有借鉴和参考意义。 2 监测系统 龙潭水泥厂爆破施工具有以下特点 1 工期短，爆破频率高； 2 爆破部位不断变换； 3 防护目标距爆源近。 根据这些特点，测振仪器选用美国怀特地震工 业公司 W h i t eI n d u s t r i a lS e i s m o l o g y 生产的微型振 动速度仪 M i n i ．S e r i e sI I 。仪器特点体积小，质量 轻，携带方便、操作简单，基本不需调试，可自动存 储，并可连续记录多个事件。仪器包含一个主机、一 个三相振动速度传感器、一个麦克风。主机内部有 1 0 2 4K 的存储空间，最多可存储3 4 1 个记录，每个 记录包含4 个数据，分别为3 个方向的振动速度 垂 直于地面、与波的传播方向相同或相反、与波的传播 方向垂直 和声波。该仪器的最大采样频率为2 0 4 8 H z ，最低响应频率可达1H z ，而一般爆破振动信号 的频率值范围在l 一1 0 0H z ，因此仪器的频响性能 完全能满足监测要求。 3 减震措施 考虑到爆区北面的厂房是水泥厂的主厂房，为 框架结构，高度3 01 1 1 ，高于爆区上表面，受振动影响 最大，也是主要保护对象。因此为了控制爆破振动 危害，考虑到修理间基本废弃不用，首先选择了由东 向西推进的爆破，这样平行于爆区的厂房振动较爆 区后方小。 收稿日期2 0 0 8 ．1 2 - 0 6 作者简介李德林 1 9 6 7 一 ，男，讲师，在读博士，主要从事爆破器材应用技术研究。E - m m l l i d e l i n 6 7 1 0 y a h o o ．∞ 万方数据 2 0 0 9 年8 月建筑物附近大量石方爆破振动监测及控制李德林等 1 控制一次齐爆药量。大量土石方爆破时， 在确定了最小抵抗线、孔距、排距、孔径、孔深等参数 后，其单孔装药量也就被确定了，采用毫秒微差间隔 爆破，分散爆破药量，减小一次齐爆药量，即控制一 次齐爆的孔数，从而减轻爆破地震强度，是最有效的 减震措施之一。 2 开挖减震沟。在爆破施工前，在厂房与爆 区之间开挖了一条深2m 的减震沟，有效地降低了 爆破振动对厂房的影响。 3 选择合理的间隔时间。本工程的爆破量 大，每次爆破孔数多，总装药量较大，因此按上述要 求采用毫秒微差间隔爆破，控制一次齐爆药量时．雷 管段数较多，为使相邻两段爆破产生的地震波形的 峰值明显区分开，避免地面振动峰值的叠加，采用间 隔时间为7 5 1 0 0I r i s 的微差爆破。 为确保爆破时厂房的安全，对总药量超过2t 的爆破进行振动监测，每次炮孔为2 0 一4 0 个，距厂 房4 0 一6 0m ，一次布置2 个测点，位置在厂房附近， 测点间距为2 0 2 5m 。爆破监测的有关参数和结 果如表1 所示。 表l 地震监测的参数 测点离爆心距最大分段药量 ／m ／k g 振速／ e m s 。1 垂直／ ”．水平／ v 。 4 爆破地震频率分析⋯ 以快速傅利叶变换F F r 为基础，分别对近2 年 爆破地震仪器记录波谱进行了频谱分析。 由频谱分析结果可知，纵向和横向振动固有频 率大部分集中在5 0 1 0 0 H z 之问，即地震波的能量 主要集中在较低频区，对周边建筑物产生不利的影 响。 同时，在相同的爆破类型中，爆炸能量的大小对 主频率的分布有着很大的影响，同段最大药量大则 爆炸地震波的主频率集中在低频区域；反之，则以高 频成分为主。为降低爆破地震的能量集中，应采取 微差爆破，多分段，严格限制同段最大药量。 5 爆破地震波频率对建筑物的影响 爆破振动信号是一个复杂的振动信号，包含有 很多频率成分。其中有一个或几个为主要频率成分。 在振动分析中，不同频率成分的信号对建筑物的振 动影响是不相同的，有时其差别非常显著。同一爆 破条件下，相邻建筑物的反应就可能极不相同，有的 建筑物反应强烈，而有的反应却不大，其中一个很重 要原因就是由于爆破地震中有很多频率成分。爆破 地震波的频率愈高，与建筑物的自振频率相差愈大， 则建筑物的破坏程度愈轻；反之，爆破地震波的频率 愈小，则容易与建筑物的自振频率发生谐振，建筑物 的破坏程度愈严重口。。 因为爆破在岩体中引起的波动在离爆源不同距 离处有着不同的性质。在临近药包的爆源中心区域 具有强间断性质的冲击波；在距离爆源不远的近区 具有弱问断性质的应力波；在爆破远区，由于波动强 度的减弱和边界条件的影响，应力波转变为弹性地 震波。 由于波的不同性质以及各种建筑物和介质的动 力性质不同，爆破地震波对结构和介质的破坏影响 亦不相同。在离爆源的中远区，由于爆破地震波的 主振频率较低，半波长大于建筑物的特征尺寸，此时 结构将受到整体振动作用。当地震波频率接近建筑 物的自振频率，建筑物可能产生共振。此时建筑物 的破坏主要基于整体振动时动力反应的放大作用引 起。因此，破坏往往发生在建筑物的地表以上部位 的薄弱环节pJ 。 根据地震波向最小抵抗线的相反方向传播作用 原理，科学确定最小抵抗线的作用方向，使装药每列 垂直于被保护目标方向，从减震沟 孔 一侧向保护 目标相反方向或斜向起爆装药，改变地震波的传播 作用方向。 6 振动频率对爆破振动安全的评价H 1 根据现行的爆破安全规程G B 6 7 2 2 - 2 0 0 3 有关 爆破振动安全的规定和美国露天矿务局 O f f i c eo f S u r f a c eM i n i n g 的标准 0 S M 标准 ，对于不同频率 的幅值的限定不同。O S M 标准首先是对爆破地震 波进行富氏变换，分析并求出组成振动波形各个频 率成分的幅值，规定这些幅值的限度作为安全判据。 图2 所示是O S M 的标准，横坐标为频率 H z ，纵坐 标为质点的振动速度 r a m ／s ，折线就是O S M 规定 的限度。从图2 中可以看出，O S M 标准对于各个频 率成分的幅值规定有不同的限度。在进行振动安全 分析时，爆破振动波形通过富氏变换得到了很多频 率和幅值不同的正弦波，然后把这些分量作为数据 万方数据 爆破器材E x p l o s i v e M a t e r i a l s 第3 8 卷第4 期 点绘制在如图2 的坐标系中，这些点全部落在折线 下说明该炮符合安全标准。 这里只以某一炮次振动数据为例进行O S M 分 析，分析后得到的图形见图3 。从这些图形中可以 很直观地看出每一炮在三个向量上的振动波形大致 由哪些频率分量组成，幅值是多少。 O S M 标准能够准确显示爆破地震波的频谱以 及所对应的幅值，是否超过安全振动标准 美国的 标准 。因为O S M 标准既考虑了爆破振动的强度又 考虑了爆破地震波的频率特性。从破坏能的角度来 分析，只有综合考虑振动幅值与振动频率才能客观 地评价地震波的实际破坏作用大小【5J 。 因此，在减少振动危害效应的措施方面应该采 取以下措施 1 根据工程实际情况，分散装药、多点起爆使 振动波相互干扰，加快地震波衰减，减少持续时间。 2 合理编排爆破部位，加速爆破振动过程，减 少振动持续时间。 3 采用微差爆破技术，减少齐爆药量，降低爆 破振动强度。 4 使用预裂爆破、不耦合装药、开挖减震沟等 。 印 g g ≮ 剖 鹾 ， 和 g E ≮ 硝 骧 譬 量 鬟 譬 g 导 趔 措 措施来减震。 5 合理选择间隔时间，可避免波形叠加造成 能量集中而延长持续时间。 6 根据被保护对象，合理选择最小抵抗线方 向，构造有利地形，加快地震衰减。 7 分析爆破振动波形，对于主频接近建筑物 结构自振频率时，考虑减少药量控制振动量【6 J 。 8 采用爆破地震效应小的爆破方式和方向。 在爆破中，最小抵抗线方向爆破地震效应最小，而与 最小抵抗线相反的方向，地震的强度最大，侧向地震 强度居中。沿炮孔连线方向比垂直该连线方向的质 点振动要小。 7 结论 通过以上的分析，可以得出以下的结论 1 爆破振动的速度幅值不仅与最大段药量、 测点距爆源的距离有关，而且与自由面的个数、最小 抵抗线的大小有关。 2 依据组成爆破振动信号的不同的频率成 分，规定不同的安全标准优于单一参量。 3 在考虑结构物受到的危害时，应综合考虑 幅值、频率、持时三要素的影响。 a 径向； b 竖向； e 横向 图2O S M 标准 a 径向； b 竖向； c 横向 图3O S M 分析图 o ．晴 g E ≮ 制 骚 ， 9 g 巨 ≮ 型 j ；；薹 下转第3 5 页 万方数据 2 0 0 9 年8 月工业炸药裹包装置上翻包机构的图解法设计宋少云等 3 5 ， 4 结语 工程设计中存在大量的机构设计问题，用图解 法设计是一种较好的选择。由于A U T OC A D 软件 是所有机械设计工程师都十分熟悉的软件，因此直 接用A u t oC A D 作为设计工具则更具备优势。上述 求解方式不仅可用于设计摆动气缸，对类似的其它 机构设计也具有一定的借鉴作用。 参考文献 [ 1 ] 孙绩珍．对我国乳化炸药包装质量的探析[ J ] ．爆破器 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] 材，1 9 9 5 ，2 4 4 1 0 1 2 ． 杨明刚．工业炸药包装工艺设备现状及发展方向[ J ] ． 煤矿爆破，2 0 0 4 ， 6 5 2 3 2 5 。 杨明刚．小药卷炸药中包自动整列码垛工艺技术[ J ] ． 煤矿爆破，2 0 0 6 ， 7 2 2 4 2 6 ． 杨明刚．工业炸药小药卷中包装箱工艺技术[ J ] ．爆破 器材，2 0 0 7 ，3 6 5 6 8 ． 张进，巫纯辉，肖开文，张国全．工业炸药中包裹包工 艺研究[ J ] ．爆破器材，2 0 0 8 ，3 7 3 1 I 1 3 ． G r a p h i c a lM e t h o dD e s i g no fT u r n i n gP a c k a g eM e c h a n i s mi n W r a p p i n gM a c h i n eo fI n d u s t r i a lE x p l o s i v e S O N GS h a o y u n ∞，Z H A N GG u o q u u n ∞，W UC h u n h u i 。，X I A OK a i w e n 童 M a c h l n eE n g i n e e r i n gD e p a r t m e n t ，W u h a nP o l y t e c h n i cU n i v e r s i t y H u b e iW u h a n ，4 3 0 0 2 3 窑 G u a n g d o n gM e i z h o uZ h e n S h e n gP a c k i n gT e c h n o l o g yC o ．，L t d ． G u a n o n gM e i z h o u ，5 1 4 7 9 5 [ A B S T R A C r ]G r a p h i c a lm e t h o di su s e dt od e s i g nt h et u r n i n gp a c k a g em e c h a n i s mo fw r a p p i n gm a c h i n eo np a d 吲n g 。p r o d u c tl l n eo fi n d u s t r i a le x p l o s i v em i d d l ep a c k a g e ．A f t e rt h eb a c k g r o u n do fp r o b l e mh a sb e e nd e s c r i b e d ，g r a p h i c a lm e t h o d i su s e dt od e t e r m i n et h es t r o k eo fc y l i n d e r ，a n dt h e na p p r o x i m a t i o nm e t h o di su s e dt h r e e t i m e st og e tt h ea n s w e r ．I ts u g g e s t s t h a tt h ep r o p o s a lg r a p h i c a lm e t h o di so fu n i v e r s a lm e a n i n gt os y s t e mo fb a r sW i t l lc y l l n d e r ． [ 1 E Yw 0 R D S ] i n d u s t r i a le x p l o s i v e ，w r a p p i n gm a c h i n e ，t u r n i n gp a c k a g em e c h a n i s m ，g r a p h i c a lm e t h o d 上接第3 2 页[ 2 ] 霍永基．建筑结构爆破振动效应及安全分析研究[ J ] ． 对于周围环境复杂，有重点保护的爆破工程，应 爆破，2 0 0 3 ，2 0 1 l - 6 ． 进行振动监测，掌握振动的衰减规律和被保护目标 [ 3 ] M o o r e ，A J a n dR i c h a r d s ，A B S t r u c t u r a lr e s p o n s eo f 的响应参量，优化爆破设计方案。 b r i c kv e n e e rh o u s e st Ob l a s tv i b r a t i o n ，P r o c A n n u a lc o n - 4 爆破时，规模越大，炸药量越多，则地震波1 ‰喊仰E x p l o s i 哪a n dB l a s t i n g 把。h n ‘q u e ，I S E E , 箜鐾苎登釜 毫篓 登翌璺璺苎篓丝兰篓妻性产。4 ，2 G 0 酯0 3 7 , 笼2 急嚣安全规程。s ，． 生不利的影响，因此尽可能采用微差爆破技术。 { 5 ；A d h i k a r i ，G ．支．。。i X i 二R ．N ．G u p t ac a t 。g o r i ． 5 在地震波的运动上，采用方向减震控制，使 z a t i 。no f v i b r a t i ∞f r e q u e n c yb a s e d 伽。t r u 咖托嘲p o n 嘲 附近建筑和民房避开最小抵抗线的相反方向，有效v i 。．a ．v i sv i b r a t i o ns t a n d a r d 。J o u r n a lo fM i n ∞。M e t a l s ＆ 地保护重点建筑物。 F u e l s 。N o v e m b e r ，2 0 0 4 ．2 7 5 - 2 7 7 ，2 6 8 ． 参考文献[ 6 ] 曹孝君，张继春，吕林和．频率对爆破地震作用下结构 [ 1 ] 孟吉复，惠鸿斌．爆破测试技术[ M ] ．北京冶金工业的动力响应的影响研究[ J ] ．爆破，2 0 0 6 6 ．5 7 - 5 9 ． G r o u n dV i b r a t i o nM o n i t o r i n ga n dC o n t r o lo ft h eM a s sR o c kB l a s t i n gE x c a v a t i o nn e a rB u i l d i n g L ID e l l n ∞，L I UQ i 嘲①，G A OZ h e 唧∞ [ A B S T R A C T ] D e e p h o l em i l l i s e c o n db l a s t i n gi sa p p l i e dt os t o n eq u a r r y i n g ，r e s u l t i n gi nr e d u c e dh a r m f u lb l a s t i n gv i b r a - t h ec o r l c r e t of a c t o r y ，t h em o n i t o r i n gm e t h o di sp r e s e n t e di nt l l i Bp a p e r ，a n dh o wt oc o n t r o lt h ee f f e c to fb l a s t i n gv i b r a t i o nt o t h eb u i l d i n gi sd i s c u s s e da tt h es a m et i m e ． 万方数据