露天矿边坡爆破震动测试及边坡稳定性影响分析

张文平 ，胡建华 ，杨 春

(1.太原钢铁(集团)有限公司矿业分公司峨口铁矿， 山西 忻州市 034207；2.中南大学 资源与安全工程学院， 湖南 长沙 410083)



露天矿边坡爆破震动测试及边坡稳定性影响分析

张文平1，胡建华2，杨 春2

(1.太原钢铁(集团)有限公司矿业分公司峨口铁矿， 山西 忻州市 034207；2.中南大学 资源与安全工程学院， 湖南 长沙 410083)

爆破震动对露天矿边坡稳定性影响显著，高强度震动可导致边坡岩体松动甚至坍塌。采用修正的萨道夫斯基公式，结合峨口铁矿边坡岩体力学参数，计算得出矿区边坡允许震动速度、水平临界加速度、垂直临界加速度。对爆破时的边坡动力响应进行简单分析，并确定了最大段起爆药量，以指导矿山安全生产。

爆破震动；动力响应；边坡稳定性；最大起爆药量

0 前 言

经过30多年的开采，峨口铁矿目前已经在南西采区形成高度超过350 m的露天边坡，随着开采继续深入，最终边坡高度将高达628 m。因此，保持高边坡的稳定性对矿山安全生产十分重要。在以往的开采中采用垂直炮孔进行缓冲爆破和浅孔爆破削坡，靠近固定边坡位置预裂爆破很少使用，导致固定边坡平整度较低，并且有一定程度破坏。采场开采后形成的固定边坡具有高度大、岩性复杂、范围广、平整性差且负荷重的特点。在此工况下采用凿岩爆破方法进行矿石剥离，控制和降低临近固定边坡爆破震动强度势在必行，安全生产及可持续发展才能得到保障[1]。

边坡稳定性受众多因素影响，爆破震动[2-3]是影响峨口铁矿边坡稳定性的主要因素。因此通过爆破震动现场测试，分析爆破震动对峨口铁矿边坡稳定性[4]的影响，并提出一些有效的爆破减震[5]措施具有现实意义。

1 现场爆破震动测试

根据实际工况，使用WS-5921爆破测震仪在露天矿4个采区边坡台阶上布置测点。测试5次，测点震速见表1，测点震动加速度见表2。

2 爆破震动规律分析

考虑高程放大效应，对萨道夫斯基公式进行修正，结合表1及表2数据使用修正公式进行回归分析。

表1 震动速度监测数据

速度衰减公式：

(1)

(2)

加速度衰减公式：

(3)

(4)

式中，Q为最大段起爆药量，kg；R为爆心直线距离，m；S为爆心水平距离，m。

通过功率谱分析，生产爆破产生震动波的主频在10～35 Hz之间，平均值为19.22 Hz。

表2 震动加速度监测数据

3 边坡体的动力响应分析

3.1 滑坡体动力响应分析模型

滑坡体动力响应分析模型如图1，台阶滑动面上研究单元体与基岩间粘结力极小时，爆破震动对单元体下滑影响最大，此时滑坡体处于最危险状态。

图1 滑坡体动力响应分析模型

3.2 临界边坡安全系数及水平方向临界震动加速度的确定

研究域内边坡主要以角闪片岩和石英片岩为主，平均线容重0.0286 MPa/m，弱面内摩擦角38.84°，内粘结力C=102.9 kPa。地震系数Ad=aL/g·m，aL为水平方向震动加速度，cm/s2；m为爆破动力折算系数，为确保安全，m值取0.13；g为重力加速度，取980 cm/s2。

3.3 临界垂直震动加速度

根据图2，可得滑动面上研究单元体受力极限平衡方程：

(5)

式中，FA为下滑力，N；FB为抗滑力，N；α为水平方向与单元体处切线夹角，42°；φ为摩擦角，38.84°。

根据式(6)推导可得测点竖直加速度为2046.54cm/s2。

(6)

图2 滑坡体受垂直震动影响分析模型

3.4 临界垂直震速值的计算

(7)

4 最大段药量的确定

(8)

经过现场爆破测试取得的数据和边坡岩体力学参数综合分析，得出矿区边坡允许震动速度16.95 cm/s2，水平临界加速度438.74 cm/s2，垂直临界加速度为2046.54 cm/s2。据式(8)，综合考虑，给出不同距离处生产爆破时的最大段爆破药量：爆心距20 m时，最大段爆破药量819 kg；爆心距30 m时，最大段爆破药量2765 kg；爆心距大于40 m时，最大段爆破药量6555 kg。可以据此指导矿山安全生产。

5 结 论

通过对现场爆破测试数据及边坡岩体力学参数综合分析得出，测点震速、水平加速度与水平加速度均小于矿区临界值，并且在规范允许范围内，因此爆破震动对峨口铁矿边坡稳定性影响较小。

本文给出的不同距离条件下的最大段起爆药量均针对边坡体处于最危险状态，对矿山安全生产有一定的指导意义，建议后续生产中严格按照爆破安全规范控制装药量。

[1]姜汉磊.爆破震动对抚顺东露天矿边坡稳定性影响的分析[J].露天采矿技术,2011(5):44-46.

[2]宋景辉,吴建圻,何以剑.爆破震动对露天矿边坡稳定性的影响分析[J].露天采矿技术,2014(7):10-12.

[3]黄成林,陈建平,罗学东,等.露天矿边坡爆破振动影响因素的灰关联分析[J].爆破,2010,27(2):96-98.

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[5]马建军,蔡路军.高陡边坡爆破减震问题的探讨[J].有色金属:矿山部分,2002,54(2):23-25.

�岩爆破工程[M].长沙:中南大学出版社,2011.(

2015-10-29)

张文平(1973-)，男，山西代县人，工程师，现从事矿山开采与管理工作，Email:zwp73@sohu.com。