Seismoacoustic diagnostics and environmental impact assessment of mass blasting at the Rokytne Special Quarry
DOI:
https://doi.org/10.33271/crpnmu/86.007Keywords:
mass blasting, short-delay blasting, seismoacoustic action, seismic waves, air shock wave, TNT equivalent, scaled distance, environmental safety, technical condition of buildings and structures, seismoacoustic stability of buildings and structures, anthropogenic impact, residential developmentAbstract
Purpose. A comprehensive analysis of protocols No. 1-4 recorded by four Instantel MiniMate Plus seismographs to establish the propagation patterns of seismic and air shock waves during short-delay blasting of 69 borehole charges of “Anemix-70” explosive with a total mass of 9420.0 kg at the Rokytne Special Quarry, and to justify the TNT equivalent of the charge as the design parameter for seismoacoustically safe distances.
The methods. Measurement points were located along a profile from the blasted block: protocol No. 1 - open field, 100 m (control point); protocols No. 2-4 - near houses No. 22-A, No. 22 and No. 28 at distances of 200, 300 and 425 m. Peak particle velocities (PPV) for three components, the vector sum of vibrations, dominant frequencies (FFT) and sound pressure levels were determined; scatter clouds relative to DIN 4150-3 lines and a regression analysis of vibration attenuation were performed.
Findings. The vector sum of vibration velocity decreases with distance: 15.7 mm/s (200 m) to 8.89 mm/s (300 m) to 4.93 mm/s (425 m). PSPL also decreases regularly: 124.9 to 123.1 to 121.0 dB(L). For house No. 22-A (200 m) some frequency components approach line L2 of DIN 4150-3; for houses No. 22 and No. 28 the margin is larger. The TNT equivalent of the maximum group charge is about 216.6 kg instead of the nominal 270.8 kg (20% difference), changing the calculated PPV by 6-10%.
The originality. A regularity in the change of seismic vibrations and air shock wave parameters depending on distance to the blast site was established. It was substantiated that for short-delay blasting the design parameter for safe distances should be the TNT equivalent of the maximum group charge rather than its mass. For the first time, a comprehensive approach to assessing seismoacoustic safety is proposed, accounting for both amplitude and frequency characteristics of vibrations.
Practical implementation. The results allow substantiated determination of seismoacoustically safe distances for blasting near residential buildings, accounting for the actual energy characteristics of the explosive used, prioritizing instrumental monitoring of the nearest buildings, and improving the reliability of environmental safety assessment of mining operations. The need to refine the TNT equivalence coefficient e based on the quality certificate of a specific explosive batch is substantiated.
References
1. ПАОП 0.00-1.66-13. Правила безпеки під час поводження з вибуховими матеріалами промислового призначення. (2013) Київ: ДП «Редакція журналу «Охорона праці», 359 с.
2. Бойко В.В., Воротеляк В.Є., Воротеляк Г.А., Кузьменко А.О. та ін. (2009). Національний стандарт України. Проведення промислових вибухів. Норми сейсмічної безпеки. ДСТУ 4704:2008. Київ: Держспоживстандарт України, 11 с.
3. Бойко В.В., Воротеляк В.Є., Воротеляк Г.А., Кузьменко А.О. (2010). Національний стан-дарт України. Вибухи промислові. Методи визначення фактичної сейсмостійкості будівель і споруд. ДСТУ 7116:2009. Київ: Держспоживстандарт України, 6 с.
4. Вибухи промислові. Метод визначення тиску у фронті ударної повітряної хвилі на границі безпечної зони. ДСТУ 7117:2009.
5. DIN 4150-3:2016. Erschütterungen im Bauwesen – Teil 3: Einwirkungen auf bauliche Anlagen.
6. Siskind, D. E., Stagg, M. S., Kopp, J. W., & Dowding, C. H. (1980). Structure response and damage produced by ground vibration from surface mine blasting (Report of Investigations 8507). U.S. Department of the Interior, Bureau of Mines.
7. Instantel Inc. MiniMate Plus Blasting Seismograph – Instruction Manual.
8. Бойко, В. В., Войтенко , Ю. І., Ган, А. Л., Хлевнюк, Т. В., Загоруйко, Є. А., & Ган, О. В. (2024). Оцінка сейсмостійкості об’єктів критичної інфраструктури з урахуванням їх влас-ної гармоніки у вибуховому спектрі цивільного і воєнного характерів. Технічна інженерія, 1(93), 308–315. https://doi.org/10.26642/ten-2024-1(93)-308-315
9. Бойко, В.В., Ган, А.Л., Хлевнюк, Т.В., & Ган, О.В. (2026). Розробка методу ідентифікації сейсмічних хвиль на будівлі та споруди. Науковий Журнал Метінвест Політехніки. Серія: Технічні науки, 6, 152–159. https://doi.org/10.32782/3041-2080/2026-6-1
10. Feher, J., Cambal, J., Pandula, B., Kondela, J., Sofranko, M., Mudarri, T., & Buchla, I. (2021). Research of the Technical Seismicity Due to Blasting Works in Quarries and Their Impact on the Environment and Population. Applied Sciences, 11(5), 2118. https://doi.org/10.3390/app11052118
11. Sołtys, A., & Pyra, J. (2024). The Influence of Vibrations Induced by Blasting Works in an Open-Pit Mine and Seismic Events in an Underground Mine on Building Structures—A Case Study. Applied Sciences, 14(11), 4414. https://doi.org/10.3390/app14114414
12. Бойко, В. В., Войтенко , Ю. І., Ган, А. Л., Хлевнюк, Т. В., Загоруйко, Є. А., & Ган, О. В. (2024). Оцінка сейсмостійкості об’єктів критичної інфраструктури з урахуванням їх влас-ної гармоніки у вибуховому спектрі цивільного і воєнного характерів. Технічна інженерія, 1(93), 308–315. https://doi.org/10.26642/ten-2024-1(93)-308-315
13. Бойко, В.В., Ган, А.Л., Хлевнюк, Т.В., & Ган, О.В. (2026). Розробка методу ідентифікації сейсмічних хвиль на будівлі та споруди. Науковий Журнал Метінвест Політехніки. Серія: Технічні науки, 6, 152–159. https://doi.org/10.32782/3041-2080/2026-6-19
14. Aldas, G. G. U. (2010). Explosive charge mass and peak particle velocity (PPV)-frequency relation in mining blast. Journal of Geophysics and Engineering, 7(3), 223–231. https://doi.org/10.1088/1742-2132/7/3/001
15. Hossain Khan, M. F., Hossain, Md. J., Ahmed, M. T., Monir, M. U., Rahman, Md. A., Sweety, T. S., Akash, F. A., & Shovon, S. M. (2025). Ground vibration effect evaluation due to blasting operations. Heliyon, 11(2), e41759. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2025.e41759
16. Fissha, Y., Ikeda, H., Toriya, H., Owada, N., Adachi, T., & Kawamura, Y. (2023). Evaluation and Prediction of Blast-Induced Ground Vibrations: A Gaussian Process Regression (GPR) Approach. Mining, 3(4), 659–682. https://doi.org/10.3390/mining3040036
Downloads
Published
Issue
Section
License
All articles are published under the Creative Commons Attribution License (CC BY 4.0), which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Authors retain copyright and grant the journal right of first publication.
Authors are permitted and encouraged to deposit the final published version of their article, or the Author's Accepted Manuscript (AAM), in institutional or subject-specific open-access repositories (including the university's own institutional repository, CORE, Zenodo, or Figshare), ensuring maximum visibility, accessibility, and impact of the publication.