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摘 要：大爆破是将大量炸药装入专门设计的硐室或井巷中，按规程进行爆破的方法。一次爆破药量大，爆下的土石方量也大，短期内即可完成大量的开挖量，所投入的设备、工程量及动力等相对较少，且效率高，适应性强。随着矿山生产规模的不断发展壮大，大爆破技术的运用也日益得到推广。但因一次爆破炸药量大，导致地震破坏及对周围环境造成影响也比较大，因此，笔者对其有害效应进行分析以得出相应的防治措施，减小大爆破带来的危害。
关键词：大爆破；有害效应；防治措施
矿岩爆破是矿山生产工艺的首道工序，是一项危险性较大的工作，对操作者的专业技术水平要求比较高，相应的爆破事故危害程度比较大，轻则造成个别人员受伤或者设备损坏，重则造成大量的人员伤亡，甚至整个矿井生产瘫痪。本文结合贵州省黔南州大唐矿的生产现状，对爆破有害效应进行分析，得出相应防治措施。
一、大爆破有害效应
爆破时通过炸药能量的释放使炮孔周围介质破碎，同时由于爆破应力波作用又使远处介质产生剪应力和拉应力，使介质产生裂隙；剩余的一部分能量以波的形式传播到地面，引起地面质点的振动，形成爆破地震。
爆破产生的地震波对岩、土及构筑物等的影响称为爆破地震效应。地震波中包括各种波，其中波体分为纵波（P波）及横波（S波），面波分为勒夫波（L波）和瑞利波（R波）等。爆破地震波与各种因素有关，特别是药量、距离、介质特性、爆破条件和方法及地形有关。一般考虑振动强度、频率及持续时间三个重要参数，并以此作为分析和评价爆破地震效应的根据。
爆破产生的有害效应包括：爆破地震效应、爆破空气冲击波、爆破产生的有毒气体。
1.爆破地震效应
爆破地震效应：振动强度参数包括质点运动的最大振幅A、质点位移u、质点振动速度v、加速度a。爆破相似原理分析表明：在介质和爆源条件相同的情况下，忽略重力影响，振动强度取决于离爆源的距离，而在距离一定，介质条件相同的情况下，振动强度参数主要取决于齐发爆破的药量。爆破应力场和速度可用下式表示：
场地系数K、α值是根据岩体允许的最大质点位移速度确定爆破的分段药量最重要的设计依据。需就地进行爆破测震试验具体确定。根据国内露天矿爆破的相关数据：K=105-280，α=1.2-2.0。
据统计，爆破地震波所消耗的能量约占爆破总能量的2～6%。
当同时起爆药量q=10t，距离50m时，震动速度<5cm/s。
按爆破地震对井巷影响的安全距离经验计算式：
地震烈度为8度的天然地震（对应的加速度约为0.25g，主频约为零点几至几赫兹），对建筑物或构筑物的破坏是灾难性的。而对开挖中采用的常规梯段爆破，在离爆源约5～10m处测得的爆破地震峰值加速度可达200m/s2，对应爆破地震波的主频约为几十至几百赫兹，只要控制得当，这种规模的爆破地震波一般不会对所需保护的边坡岩体或地下洞室围岩的动力稳定性产生破坏性影响。这种不同的地震效应表明，地震波中的频谱构成以及地震波中的组份对建筑物或构筑物的震动破坏有着非常重要的影响。通过建筑物对爆破振动响应的研究发现：建筑物的自振频率通常较低，一般<10Hz，爆破地震波的频率愈接近于建筑物的自振频率，爆破振动对建筑物的影响就愈大。同时发现：当质点振速大时，该点处的振动频率也相应的高，不宜与建筑物产生共振，因而在主频为高频段时，安全振速大一些。相反，当质点振速小时，质点的振动频率也低，接近建筑物的自振频率。因此，当地面质点振动频率低时，其相应的振速要小，否则会造成危害。
计算表明，距爆破点越近，炸药量越小，地面质点的振动频率越高；随着距离增加，爆破地震波的主振频率降低。炸药量越大，地面质点的振动频率越低。
当炸药量为80 t，距离超过600m时，主振频率低于12.5Hz。它与地面建筑物的固有频率相近，震动的破坏性较大。但随距爆心的距离增加，质点振动的速度降低，破坏性下降。
根据《爆破规程》，以质点振动的速度为主要判据，参考爆破地震波的主振频率特征，划分地面爆破震动影响警戒区：以大爆破爆心在地表投影为中心，半径200m为半径的区域。
大爆破对井下采场支撑体系的影响：根据计算，大爆破的主震频率在15-20Hz，按震动速度确定的危险范围在60m区域内。
由于爆破地震波在不同介质中的传播特性差异较大，需要根据具体的场地系数来确定其对矿山地下工程和矿柱稳定性的影响程度。一般通过现场爆破试验，来最终确定矿山爆破的实际安全距离。矿山生产爆破应定时进行，爆破时撤离井下作业人员。为了减小爆破震动对地下構筑物的破坏效应，应采用微差分段起爆系统。
2.爆破空气冲击波
爆破过程中部分炸药能量传递给爆区周围的空气，使空气压力密度急剧上升，形成空气冲击波。空气冲击波是一种强间断压缩波。穿过波阵面空气的压力、密度和温度急剧增加，受压缩的空气质点将离开原来的位置，跟随空气冲击波的传播形成气浪。空气冲击波的速度大于声速，且冲击波压力越大波速越快。
井下大爆破一般采取建阻波墙、合理装填结构设计、预留缓冲垫层等措施控制爆破空气冲击波超压，保护敏感设施。井下采场生产爆破，爆破空气冲击波影响范围一般较小。爆破时应撤离临近爆破点的设施和人员。
3.爆破产生有害气体
炸药爆炸产物主要是气体，有时也有少量液体或固体，如CO2、H20、CO、NO2、C、O2、N2等。炸药爆轰时还要释放大量的能量。炸药的组成成份不同或反应条件不同，爆轰产物中有毒气体产生量或放热量也会不同，这会直接影响到爆破效果和炸药能量的使用。
炸药爆炸反应的过程中，碳，氢元素氧化所需要的氧元素，由炸药本身提供，而不受大气条件的影响。若炸药本身含有足够的氧，反应则为理想氧化反应，其生成的产物是：H2O、CO2、N2，反应释放热量最大，从理论上讲，不产生有毒气体。若氧气不足，其生成的产物除H2O、CO2、N2外，还会有H2、CO、C等，反应释放热量不大，而且CO是有毒气体。若炸药本身所含有的氧将碳、氢完全氧化后还有多余，则产物有H2O、CO2、N2和游离氧，游离氧有可能与N2化合，产生NO2或NO。此反应为吸热反应，且NO2、NO有毒。反应生成物不同，反应热效应差别很大。为了充分利用炸药的能，提高爆炸威力，降低有毒气体的产生量，应力求在爆轰反应过程中，使炸药中的碳、氢元素被氧元素完全氧化成CO2和H20，而避免生成CO、NO2、和NO。
炮烟中毒，就是CO和氮氧化合物进入人体呼吸系统以后联合作用的结果。安全规程规定，炸药爆炸生成的有毒气体量，以CO计，不得超过100L/kg。考虑氮氧化合物毒性较大，在折算为CO量时，须将其体积乘以6.5，才能确保井下工作人员身体健康和安全。所以，井下使用的炸药的有毒气体生成量，不得超过安全规程规定的极限值。
二、大塘矿段爆破有害效应控制措施
大塘矿段地表有公路以及相关工业场地，井下爆破对地表建筑物及井下构筑物的影响相对较大，结合矿山实际情况，采用如下的控制措施：
（a）采用分区微差爆破，控制最大一段单响药量。降低最大一段单响药量是控制爆破振动最直接有效的措施。建议每次起爆药量不宜超过10t，最大一段单响药量控制在600kg以内，可根据爆破振动测试结果进行相应调整；
（b）撤离距爆破点200m范围内的所有设备，对需保护的不能移动设施进行支护加固。爆破后进入作业地点前，需对巷道及硐室顶板进行安全检查；
（c）为防止空气冲击波对作业人员造成伤害，爆破前所有人员都应撤至200m安全区域外，爆区底部留矿石缓冲垫层，开辟空气冲击波泄压通道以及修筑阻波墙等；
（d）大爆破后要加強井下通风，爆破过程及爆破过后的进场工作要严格控制，防止炮烟中毒现象的发生。出矿过程中应加强通风，进行井下作业地点空气检测。
（e）井下生产过程中，建议进行井下爆破振动相关测试试验，为爆破有害效应的分析和控制提供基础性参数，如场地系数K、α值等。对爆破震动进行定期检测，爆破震动峰值质点速度及主频频率超出允许范围时，要对爆破参数进行调整，保证井下以及地表设施安全。
关键词：大爆破；有害效应；防治措施
矿岩爆破是矿山生产工艺的首道工序，是一项危险性较大的工作，对操作者的专业技术水平要求比较高，相应的爆破事故危害程度比较大，轻则造成个别人员受伤或者设备损坏，重则造成大量的人员伤亡，甚至整个矿井生产瘫痪。本文结合贵州省黔南州大唐矿的生产现状，对爆破有害效应进行分析，得出相应防治措施。
一、大爆破有害效应
爆破时通过炸药能量的释放使炮孔周围介质破碎，同时由于爆破应力波作用又使远处介质产生剪应力和拉应力，使介质产生裂隙；剩余的一部分能量以波的形式传播到地面，引起地面质点的振动，形成爆破地震。
爆破产生的地震波对岩、土及构筑物等的影响称为爆破地震效应。地震波中包括各种波，其中波体分为纵波（P波）及横波（S波），面波分为勒夫波（L波）和瑞利波（R波）等。爆破地震波与各种因素有关，特别是药量、距离、介质特性、爆破条件和方法及地形有关。一般考虑振动强度、频率及持续时间三个重要参数，并以此作为分析和评价爆破地震效应的根据。
爆破产生的有害效应包括：爆破地震效应、爆破空气冲击波、爆破产生的有毒气体。
1.爆破地震效应
爆破地震效应：振动强度参数包括质点运动的最大振幅A、质点位移u、质点振动速度v、加速度a。爆破相似原理分析表明：在介质和爆源条件相同的情况下，忽略重力影响，振动强度取决于离爆源的距离，而在距离一定，介质条件相同的情况下，振动强度参数主要取决于齐发爆破的药量。爆破应力场和速度可用下式表示：
场地系数K、α值是根据岩体允许的最大质点位移速度确定爆破的分段药量最重要的设计依据。需就地进行爆破测震试验具体确定。根据国内露天矿爆破的相关数据：K=105-280，α=1.2-2.0。
据统计，爆破地震波所消耗的能量约占爆破总能量的2～6%。
当同时起爆药量q=10t，距离50m时，震动速度<5cm/s。
按爆破地震对井巷影响的安全距离经验计算式：
地震烈度为8度的天然地震（对应的加速度约为0.25g，主频约为零点几至几赫兹），对建筑物或构筑物的破坏是灾难性的。而对开挖中采用的常规梯段爆破，在离爆源约5～10m处测得的爆破地震峰值加速度可达200m/s2，对应爆破地震波的主频约为几十至几百赫兹，只要控制得当，这种规模的爆破地震波一般不会对所需保护的边坡岩体或地下洞室围岩的动力稳定性产生破坏性影响。这种不同的地震效应表明，地震波中的频谱构成以及地震波中的组份对建筑物或构筑物的震动破坏有着非常重要的影响。通过建筑物对爆破振动响应的研究发现：建筑物的自振频率通常较低，一般<10Hz，爆破地震波的频率愈接近于建筑物的自振频率，爆破振动对建筑物的影响就愈大。同时发现：当质点振速大时，该点处的振动频率也相应的高，不宜与建筑物产生共振，因而在主频为高频段时，安全振速大一些。相反，当质点振速小时，质点的振动频率也低，接近建筑物的自振频率。因此，当地面质点振动频率低时，其相应的振速要小，否则会造成危害。
计算表明，距爆破点越近，炸药量越小，地面质点的振动频率越高；随着距离增加，爆破地震波的主振频率降低。炸药量越大，地面质点的振动频率越低。
当炸药量为80 t，距离超过600m时，主振频率低于12.5Hz。它与地面建筑物的固有频率相近，震动的破坏性较大。但随距爆心的距离增加，质点振动的速度降低，破坏性下降。
根据《爆破规程》，以质点振动的速度为主要判据，参考爆破地震波的主振频率特征，划分地面爆破震动影响警戒区：以大爆破爆心在地表投影为中心，半径200m为半径的区域。
大爆破对井下采场支撑体系的影响：根据计算，大爆破的主震频率在15-20Hz，按震动速度确定的危险范围在60m区域内。
由于爆破地震波在不同介质中的传播特性差异较大，需要根据具体的场地系数来确定其对矿山地下工程和矿柱稳定性的影响程度。一般通过现场爆破试验，来最终确定矿山爆破的实际安全距离。矿山生产爆破应定时进行，爆破时撤离井下作业人员。为了减小爆破震动对地下構筑物的破坏效应，应采用微差分段起爆系统。
2.爆破空气冲击波
爆破过程中部分炸药能量传递给爆区周围的空气，使空气压力密度急剧上升，形成空气冲击波。空气冲击波是一种强间断压缩波。穿过波阵面空气的压力、密度和温度急剧增加，受压缩的空气质点将离开原来的位置，跟随空气冲击波的传播形成气浪。空气冲击波的速度大于声速，且冲击波压力越大波速越快。
井下大爆破一般采取建阻波墙、合理装填结构设计、预留缓冲垫层等措施控制爆破空气冲击波超压，保护敏感设施。井下采场生产爆破，爆破空气冲击波影响范围一般较小。爆破时应撤离临近爆破点的设施和人员。
3.爆破产生有害气体
炸药爆炸产物主要是气体，有时也有少量液体或固体，如CO2、H20、CO、NO2、C、O2、N2等。炸药爆轰时还要释放大量的能量。炸药的组成成份不同或反应条件不同，爆轰产物中有毒气体产生量或放热量也会不同，这会直接影响到爆破效果和炸药能量的使用。
炸药爆炸反应的过程中，碳，氢元素氧化所需要的氧元素，由炸药本身提供，而不受大气条件的影响。若炸药本身含有足够的氧，反应则为理想氧化反应，其生成的产物是：H2O、CO2、N2，反应释放热量最大，从理论上讲，不产生有毒气体。若氧气不足，其生成的产物除H2O、CO2、N2外，还会有H2、CO、C等，反应释放热量不大，而且CO是有毒气体。若炸药本身所含有的氧将碳、氢完全氧化后还有多余，则产物有H2O、CO2、N2和游离氧，游离氧有可能与N2化合，产生NO2或NO。此反应为吸热反应，且NO2、NO有毒。反应生成物不同，反应热效应差别很大。为了充分利用炸药的能，提高爆炸威力，降低有毒气体的产生量，应力求在爆轰反应过程中，使炸药中的碳、氢元素被氧元素完全氧化成CO2和H20，而避免生成CO、NO2、和NO。
炮烟中毒，就是CO和氮氧化合物进入人体呼吸系统以后联合作用的结果。安全规程规定，炸药爆炸生成的有毒气体量，以CO计，不得超过100L/kg。考虑氮氧化合物毒性较大，在折算为CO量时，须将其体积乘以6.5，才能确保井下工作人员身体健康和安全。所以，井下使用的炸药的有毒气体生成量，不得超过安全规程规定的极限值。
二、大塘矿段爆破有害效应控制措施
大塘矿段地表有公路以及相关工业场地，井下爆破对地表建筑物及井下构筑物的影响相对较大，结合矿山实际情况，采用如下的控制措施：
（a）采用分区微差爆破，控制最大一段单响药量。降低最大一段单响药量是控制爆破振动最直接有效的措施。建议每次起爆药量不宜超过10t，最大一段单响药量控制在600kg以内，可根据爆破振动测试结果进行相应调整；
（b）撤离距爆破点200m范围内的所有设备，对需保护的不能移动设施进行支护加固。爆破后进入作业地点前，需对巷道及硐室顶板进行安全检查；
（c）为防止空气冲击波对作业人员造成伤害，爆破前所有人员都应撤至200m安全区域外，爆区底部留矿石缓冲垫层，开辟空气冲击波泄压通道以及修筑阻波墙等；
（d）大爆破后要加強井下通风，爆破过程及爆破过后的进场工作要严格控制，防止炮烟中毒现象的发生。出矿过程中应加强通风，进行井下作业地点空气检测。
（e）井下生产过程中，建议进行井下爆破振动相关测试试验，为爆破有害效应的分析和控制提供基础性参数，如场地系数K、α值等。对爆破震动进行定期检测，爆破震动峰值质点速度及主频频率超出允许范围时，要对爆破参数进行调整，保证井下以及地表设施安全。