矿山爆破开采对矿山高边坡稳定性的影响研究

邓 敏

（中国葛洲坝集团易普力股份有限公司，重庆 401121）

目前，我国露天矿开采地质条件和开采环境越来越复杂，凸显了矿山高边坡稳定性问题。在露天开采工程中，矿山爆破凭借其高效和经济等优势，在边坡矿体开挖中广泛应用。但是在矿山爆破开挖时，产生的震动会对矿体造成一定的破坏，不仅会弱化边坡的抗力，还会将边坡的应力进行重新分布，大大降低了采区的稳定性，对开采工程造成不利影响。

1 矿山爆破开挖具体方法

1.1 拟静力法

拟静力法被用于经过矿震作用的边坡稳定性的分析，常被用来分析边坡稳定性。此方法的基本思想是简化矿山爆破振动带来的作用，将振动作用简化成在水平方向以及竖直方向进行的稳定加速度，并且将作用的位置设置在滑移体质量中心上，在最不利于边坡稳定性的一个方向上选择为加速度的方向。然后能够根据相关原理，将动载荷转换成效静载荷，再使用极限平衡的理论能够计算出爆破荷载影响下的安全系数。

1.2 动力有限元方法

使用动力有限元的方法进行边坡安全系数的计算属于一种数值的解法，能够更加全面的满足静力许可和应力应变之间的结构关系，是一种比较理想的边坡稳定性分析方法。对于不同的工程和地质的边坡，动力有限元方法能够建立合适的数值分析，进行有关模型的计算，针对模型能够展开线性分析，甚至还能开展非线性分析。对边坡模型中的任意存在点，能够给出该点受到矿山爆破动力荷载的影响之后做出的响应，此外，还能得到边坡体在矿山爆破动力荷载影响下，从第一刻到最终任一时间点的整体应变、应力及变形情况等。

1.3 极限分析法

极限分析法实质上是使用塑性力学的定理对边坡稳定性中上限以及下限的解，根据下限定理指出的静态许可应力能够负载的负荷不超过实际的破坏负载，且在任何时候，静态许可应力场都必须要满足相关平衡方程以及应力边界的条件。而上限定理是说明破坏荷载常小于等于动态许可速度场的负载。在边坡稳定性的分析之中，使用极限分析法，将滑动体划分成多个条块，规定条块的位移场，能够使用平衡方程得出安全系数，这样的上限方法只适用于在边坡平移破坏中进行求解。如果将边坡的滑移体分成含有倾斜界面的几个条柱，在提出两种假定条件的情况下，能够将极限分析法应用在三维边坡的分析中，减小误差。

1.4 三维矢量和法

三维矢量和法的提出是基于抗滑安全系数，边坡体在经过了荷载作用情况下，滑动面能够给出的极限抗滑力和滑动面之上的滑动力的比值，定义为抗滑安全系数，其中力的总和就是力的矢量和。基于矢量和法，对边坡动力的稳定性展开研究，能够更加真实的模拟边坡在振动之中存在的动力特征，也能够更加明确的得出边坡的稳定状态。其中使用边界元法能够得到三维边坡内部的应力分布情况，再使用矢量合法进行分析，能够得到计算安全系数的一种三维条分法[1]。

2 矿山爆破开挖对矿山高边坡稳定性实证分析

2.1 边坡稳定性的分析

选择某矿作为研究对象，分析矿山爆破开挖对其矿体边坡稳定性的影响。该矿在经过多年开采之后，边坡逐渐升高，很容易对矿山的正常开采造成影响。笔者构建了该矿高边坡的数值模型（如图1），对其进行二维边坡稳定性，分析的结果显示：研究区高边坡存在两处潜在滑移路径。

然后，笔者对高边坡进行爆破震动分析，选择四个爆源，每个爆源处设置了三个监测点，将监测点与爆源的距离及爆孔的最大单段药量进行记录。同时在高边坡区域设置了检测系统，用于采集爆破之后，高边坡在垂直方向及水平方向的频率数据及峰值加速度，为后续的数据分析提供可靠的数据支持。

图1 矿山开采区计算模型图

最后，应用二维矢量和法，在静荷载状况下，对矿山的高边坡稳定性进行分析，结果显示：其中一处边坡潜在滑面的抗稳定安全系数是1.441；另一处安全系数是1.209.在矿山爆破作用下，其中一处边坡潜在滑面的抗稳定安全系数是1.250；另一处是1.142。和正常情况相比，均有所降低。通过拟静力法和极限分析法对边坡进行稳定性分析，选择最小安全系数作为分析结果。结果显示，两个边坡潜在滑面的抗稳定安全系数均大于一，表明边坡仍旧处于稳定状态[2]。

2.2 保障高边坡稳定性的方法

通过上述实证可知，矿山爆破开挖会对高边坡的稳定性造成一定的影响，有关人员需采用相应的措施，对开挖技术进行控制。有关人员可以通过降低震源能量或者避免矿震波的传播这两种方式，保障矿区高边坡的稳定性。具体而言，保障边坡稳定性的方法有以下几种：

第一，分离并阻隔爆震波。矿山爆破产生的矿震波具有一定的破坏作用，所以有关人员需要分离并阻隔爆震波，降低矿震波的强度，保障高边坡的稳定性。工作人员会在高边坡周围的一定区域范围内，设置破碎带或者裂缝，用于降低爆破震波的强度，降低爆破开挖对边坡稳定性造成的负面影响。

第二，采取分散装药方式。在实际的矿山爆破开挖过程中，震动强度只有达到固定值的时候，才会对高边坡造成损害，致其失去稳定性。工作可以采取分散装药的方式，降低震源的能量，避免爆破开挖对高边坡造成不利影响。

第三，采取多段延时爆破方式。实践研究表明，爆源附近震动的大小和单孔药量联系密切；与爆源一定距离范围内，震动的大小和单响药量息息相关。要想保障高边坡的稳定性，有关人员需要降低单响的药量，如采取多段延时矿山爆破的方式，提高起爆段数，减少单响的药量，避免高边坡受到震动效应的影响[2]。

3 结论

矿山爆破开挖会对高边坡稳定性造成一定的影响，需要受到开采企业的重视。通过实验得出，有关人员可以采用分离并阻隔爆震波、分散装药方式以及多段延时矿山爆破方式进行高边坡的保护，避免边坡失稳现象的出现，保障矿山开采工程的顺利进行，促进开采企业的可持续发展。

[1]钟龙.爆破震动作用下露天采场边坡稳定性分析[D].辽宁科技大学,2014.

[2]袁强勇.试论矿山爆破开采对周围地区建筑物的影响[J].山东工业技术,2017(1):108-108.