露天礦邊坡爆破震動測試及邊坡穩(wěn)定性影響分析

張文平 ，胡建華 ，楊 春

(1.太原鋼鐵(集團)有限公司礦業(yè)分公司峨口鐵礦， 山西 忻州市 034207；2.中南大學 資源與安全工程學院， 湖南 長沙 410083)

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露天礦邊坡爆破震動測試及邊坡穩(wěn)定性影響分析

張文平1，胡建華2，楊 春2

(1.太原鋼鐵(集團)有限公司礦業(yè)分公司峨口鐵礦， 山西 忻州市 034207；2.中南大學 資源與安全工程學院， 湖南 長沙 410083)

爆破震動對露天礦邊坡穩(wěn)定性影響顯著，高強度震動可導致邊坡巖體松動甚至坍塌。采用修正的薩道夫斯基公式，結(jié)合峨口鐵礦邊坡巖體力學參數(shù)，計算得出礦區(qū)邊坡允許震動速度、水平臨界加速度、垂直臨界加速度。對爆破時的邊坡動力響應進行簡單分析，并確定了最大段起爆藥量，以指導礦山安全生產(chǎn)。

爆破震動；動力響應；邊坡穩(wěn)定性；最大起爆藥量

0 前 言

經(jīng)過30多年的開采，峨口鐵礦目前已經(jīng)在南西采區(qū)形成高度超過350 m的露天邊坡，隨著開采繼續(xù)深入，最終邊坡高度將高達628 m。因此，保持高邊坡的穩(wěn)定性對礦山安全生產(chǎn)十分重要。在以往的開采中采用垂直炮孔進行緩沖爆破和淺孔爆破削坡，靠近固定邊坡位置預裂爆破很少使用，導致固定邊坡平整度較低，并且有一定程度破壞。采場開采后形成的固定邊坡具有高度大、巖性復雜、范圍廣、平整性差且負荷重的特點。在此工況下采用鑿巖爆破方法進行礦石剝離，控制和降低臨近固定邊坡爆破震動強度勢在必行，安全生產(chǎn)及可持續(xù)發(fā)展才能得到保障[1]。

邊坡穩(wěn)定性受眾多因素影響，爆破震動[2-3]是影響峨口鐵礦邊坡穩(wěn)定性的主要因素。因此通過爆破震動現(xiàn)場測試，分析爆破震動對峨口鐵礦邊坡穩(wěn)定性[4]的影響，并提出一些有效的爆破減震[5]措施具有現(xiàn)實意義。

1 現(xiàn)場爆破震動測試

根據(jù)實際工況，使用WS-5921爆破測震儀在露天礦4個采區(qū)邊坡臺階上布置測點。測試5次，測點震速見表1，測點震動加速度見表2。

2 爆破震動規(guī)律分析

考慮高程放大效應，對薩道夫斯基公式進行修正，結(jié)合表1及表2數(shù)據(jù)使用修正公式進行回歸分析。

表1 震動速度監(jiān)測數(shù)據(jù)

速度衰減公式：

(1)

(2)

加速度衰減公式：

(3)

(4)

式中，Q為最大段起爆藥量，kg；R為爆心直線距離，m；S為爆心水平距離，m。

通過功率譜分析，生產(chǎn)爆破產(chǎn)生震動波的主頻在10～35 Hz之間，平均值為19.22 Hz。

表2 震動加速度監(jiān)測數(shù)據(jù)

3 邊坡體的動力響應分析

3.1 滑坡體動力響應分析模型

滑坡體動力響應分析模型如圖1，臺階滑動面上研究單元體與基巖間粘結(jié)力極小時，爆破震動對單元體下滑影響最大，此時滑坡體處于最危險狀態(tài)。

圖1 滑坡體動力響應分析模型

3.2 臨界邊坡安全系數(shù)及水平方向臨界震動加速度的確定

研究域內(nèi)邊坡主要以角閃片巖和石英片巖為主，平均線容重0.0286 MPa/m，弱面內(nèi)摩擦角38.84°，內(nèi)粘結(jié)力C=102.9 kPa。地震系數(shù)Ad=aL/g·m，aL為水平方向震動加速度，cm/s2；m為爆破動力折算系數(shù)，為確保安全，m值取0.13；g為重力加速度，取980 cm/s2。

3.3 臨界垂直震動加速度

根據(jù)圖2，可得滑動面上研究單元體受力極限平衡方程：

(5)

式中，F(xiàn)A為下滑力，N；FB為抗滑力，N；α為水平方向與單元體處切線夾角，42°；φ為摩擦角，38.84°。

根據(jù)式(6)推導可得測點豎直加速度為2046.54cm/s2。

(6)

圖2 滑坡體受垂直震動影響分析模型

3.4 臨界垂直震速值的計算

(7)

4 最大段藥量的確定

(8)

經(jīng)過現(xiàn)場爆破測試取得的數(shù)據(jù)和邊坡巖體力學參數(shù)綜合分析，得出礦區(qū)邊坡允許震動速度16.95 cm/s2，水平臨界加速度438.74 cm/s2，垂直臨界加速度為2046.54 cm/s2。據(jù)式(8)，綜合考慮，給出不同距離處生產(chǎn)爆破時的最大段爆破藥量：爆心距20 m時，最大段爆破藥量819 kg；爆心距30 m時，最大段爆破藥量2765 kg；爆心距大于40 m時，最大段爆破藥量6555 kg?？梢該?jù)此指導礦山安全生產(chǎn)。

5 結(jié) 論

通過對現(xiàn)場爆破測試數(shù)據(jù)及邊坡巖體力學參數(shù)綜合分析得出，測點震速、水平加速度與水平加速度均小于礦區(qū)臨界值，并且在規(guī)范允許范圍內(nèi)，因此爆破震動對峨口鐵礦邊坡穩(wěn)定性影響較小。

本文給出的不同距離條件下的最大段起爆藥量均針對邊坡體處于最危險狀態(tài)，對礦山安全生產(chǎn)有一定的指導意義，建議后續(xù)生產(chǎn)中嚴格按照爆破安全規(guī)范控制裝藥量。

[1]姜漢磊.爆破震動對撫順東露天礦邊坡穩(wěn)定性影響的分析[J].露天采礦技術(shù),2011(5):44-46.

[2]宋景輝,吳建圻,何以劍.爆破震動對露天礦邊坡穩(wěn)定性的影響分析[J].露天采礦技術(shù),2014(7):10-12.

[3]黃成林,陳建平,羅學東,等.露天礦邊坡爆破振動影響因素的灰關(guān)聯(lián)分析[J].爆破,2010,27(2):96-98.

[4]楊天鴻,張鋒春,于慶磊,等.露天礦高陡邊坡穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].巖土力學,2011,32(5):1437-1472.

[5]馬建軍,蔡路軍.高陡邊坡爆破減震問題的探討[J].有色金屬:礦山部分,2002,54(2):23-25.

?巖爆破工程[M].長沙:中南大學出版社,2011.(

2015-10-29)

張文平(1973-)，男，山西代縣人，工程師，現(xiàn)從事礦山開采與管理工作，Email:zwp73@sohu.com。