爆破震动对大平掌矿高边坡稳定性影响研究

贺明贵

【摘 要】露天矿边坡稳定性与否直接影响到矿山的正常生产设备、人员的安全及矿山的经济效益。边坡的稳定性在很大程度上受生产爆破及靠帮爆破的影响，爆破震动使边坡岩体松动破裂甚至会造成边坡坍塌，因此，研究爆破震动对边坡稳定性的影响，并提出切实可行的降震措施具有十分重要的意义。

【关键词】大平掌露天矿；爆破震动；边坡稳定性

1.选题的依据和意义

露天矿边坡稳定与否直接影响到矿山的正常生产设备、人员的安全及矿山的经济效益。边坡的稳定性除受区域地质构造、边坡岩体的结构面、地下水的影响外。在很大程度上也受矿山生产爆破及靠帮爆破的影响。爆破地震波使边坡岩体松动破裂，在边坡岩体处于极限平衡状态下，一旦爆破药量过大，爆破参数选择不合理时，很可能诱发边坡岩体失稳，造成边坡滑动破坏。大量的研究证明，爆破动力的影响，可使边坡稳定性系数降低l0%；如靠帮爆破最大一段炸药量较大时，可使边坡稳定性系数降低15-20%。边坡在承受爆破震动力作用时，坡体中潜在的滑体会附加一惯性力，使潜在滑体的下滑力增大。此外，爆破会使边坡岩体产生大量的微裂纹，降低岩体的强度和抗滑力，这样就会使边坡稳定性逐渐变差。尤其对高陡边坡和地质条件及岩体强度较差的边坡地段，当爆破震动达到一定值时，边坡就会产生局部坍塌甚至整体滑坡。因此在研究露天矿边坡稳定性时必须考虑爆破震动对边坡的影响。

大平掌露天矿位于云南普洱市，为中型铜矿业基地，目前露天矿东南部边坡高度随着采矿延伸近200m。矿山服务年限14年。大平掌铜矿目前东南帮设计最终帮坡角42°19′12″。但由于岩石破碎，表面土层厚度大， 开采的临时帮坡角为32°。来来蓄成的边坡高度将达400多米，属大型深凹露天矿边坡。2011年初，东南部边坡局部出现开裂现象。2011年9月份，发生了大范围的变形破坏， 变形边坡长度走向大于800m，危害整个东南帮，台阶自1100～1300m均有不同程度的严重滑塌、张拉、冲刷破坏。根据积累的滑坡监测数据，水平位移和垂直位移均超过1m，局部地方位移超过2.5m，即使在雨季过后，位移量也在发生变化，大平掌铜矿东南帮边坡变形破坏已经严重地影响了采场的正常生产和安全作业，查明其破坏规律，对其进行综合治理势在必行。

2.爆破震动理论研究

2.1爆破震动判据参数研究

边坡稳定性研究中，主要是用质点震动速度来评价振动强度的大小。质点震动速度大小与装药量、测点距爆源的距离、介质特性、装药结构等许多因素有关。目前计算震速的常用经验公式为：

式中：V一质点震动速度，cm/s；

Q一装药量，齐发爆破时取总装药量，微差爆破时取最大一段的装药量，kg；

R一爆源中心至测点间的水平距离，m；

K一与土岩性质，地质条件，爆破方法等有关的系数；

a一爆破地震随距离增加而衰减的系数。

2.2震动持续时间对爆破震动强度的影响

除了常用上参数作为判定爆破震动的强度外，爆破震动持续时间也同样是需要考虑的重要因素，爆破震动持续时间越长，其危害性裁越大。爆破地震波持续时间主要取决于爆破条件（装药方式、引爆方式、传播介质）。

3.大平掌露天矿爆破工艺

3.1露天采场最终边坡地质条件

大平掌矿露天采场边坡主要分布情况：西南帮和东北帮主要出露在流纹斑岩中；西北帮和东南帮以1100m标高为界，上部为英安岩，下部为流纹斑岩；东南帮1260-1300出露部分第四系残坡积物；最终边坡地层出露情况见图3-1、3-2、3-3。

从以上分析可知：①露天采场最终边坡出露的岩石主要英安斑岩和流纹岩。流纹岩被硅质胶结，硅化强，岩石坚硬，抗剪抗压强度高；英安岩致密坚硬、节理欠发育，具有较好的抗压强度。因此，从总体上来看，露天采场最终边坡通过的地层岩石坚硬，稳固性好。②地层的产状和露天边坡的关系为：东北方向边坡与岩层产状逆向，西北和东南方向边坡地层近水平斜截边坡，西南方向边坡整体为流纹岩。从地层的产状和露天边坡的关系来看，不会在地层分界部位形成滑移面。③地表有部分第四系残坡积物出露高度不大，对边坡稳定性影响不大。

3.2爆破参数和网络基本情况

（1）爆破孔网参数：

底盘抵抗线

式中d——炮孔直径，dm；

A——装药密度，kg/m3；

B——装药系数，0.6-0.8；

M——炮孔密集系数；

q——单位炸药消耗量，kg/m3。

在满足安全和装药条件的前提下按经验选取，参考经验公式：

Wd=（25-45）d

式中，Wd——底盘抵抗线，m；

d——钻孔直径，m。

两个公式综合考虑，确定Wd=4m。

孔距a、排距b

W=sin&Wd;=（0.7-0.9）Wd

孔距a=bm

式中，a——炮孔间距，m；

b——排距，m；

m——炮孔密集系数，1-2。

由于大平掌矿山存在两种性质不同的矿石，因此确定了不同的孔距和排距，V1矿石由于是致密块状结构，硬度大，在确定排距时小于底盘抵抗线，经过计算与实际效果对比，排距取值为3m，孔距取值为3.5m。

V2矿石，以底盘抵抗线为排距，取值为4m，孔距为4.5m。

超深h其值按公式h=（10-15）d

式中， h——超深，m；

d——炮孔直径，mm。

因为超深过大不仅浪费钻孔和炸药，而且由于炸药中心过低，会使台阶上部产生较多的大块，且破坏下一台阶表面岩体的完整性，影响下一循环的穿孔作业，甚至造成塌帮，形成废孔，经过爆破效果确定超深取值为1.0m-1.5m。

堵塞长度对于垂直炮孔l=（0.7-0.8）Wd

对于倾斜炮孔l=（0.8-0.9）Wd

其中深孔爆破要求大平掌铜矿爆破填塞不小于4米。

单位炸药消耗量V1矿体的炸药单位消耗量为0.67kg/m3；

V2矿体的单位炸药消耗量为0.54kg/m3。

3.3一般微差爆破技术

大平掌露天矿目前主要采用导爆管实现孔内微差爆破。由于两个自由面比一个自由面更有利于破碎岩石，因此起爆方式的选择， 应使先起爆点能利用或创造出两个自由面，为后排炮孔的爆破破岩创造一个更有利的条件。当爆区具备两个自由面时，应选择斜线起爆方式，形成典型的大孔距小抵抗的大斜线起爆方案；当爆区只有一个自由面时，应优先选择v型起爆方式，以在爆区中央先创造一个破碎区，使后排炮孔能在两个自由面的环境下起爆；当爆区仅有一个自由面且炮孔排数小于4排，可选择排间起爆方式。但应跳段使用低段别的毫秒雷管。当一次爆破起爆爆孔数较多时，为控制最大段起爆药量，需进行分区起爆。

4.边坡控制爆破

大平掌矿长期频繁的生产爆破使得边坡岩体疲劳，松驰、强度降低，因而采取有效的边坡控制爆破是很有必要的。

露天矿控制爆破的内容主要包括如下三个方面：有效的预裂和光面爆破；有效地控制最大一段起爆药量和总药量；有效的控制爆破松动带厚度。

4.1预裂爆破

预裂爆破是沿设计台阶坡顶线打一排密集孔，炮孔倾角最好与设计台阶面一致，首先起爆，孔与孔之间首先拉通，形成一个沿设计坡面的破裂带，将坡面前待爆岩体与背后固定帮岩体预先隔开，当前方生产爆破孔爆破时，炸药能量产生的地震应力波遇到预裂的破碎带界面，使应力波产生反射，保护了背后边帮岩体，使其受震害程度得以降低。

4.2光面爆破

光面爆破与预裂爆破的区别在于起爆顺序的不同，对于邻近边坡的最后一排密集孔，光面爆破是最后起爆。大平掌露天矿目前在边帮爆破时主要通过控制最大段起爆药量来减小爆破对边坡的破坏，在爆破时爆破产生的应力波直接作用于边坡岩体，使一部分岩体破碎，边坡一定范围内的岩体受到损伤，岩体内部产生大量微裂隙，边坡岩体艇体强度降。针对大平掌露天矿的边坡现状，山水公司己认识到事情的严重性，已购买相应钻孔设备，在靠帮是采用预裂爆破和光面爆破。

4.3严格控制最大段段起爆药量和总药量

震动测试表明，由爆破产生的质点震动峰值速度与微差爆破时最大段起爆药量密切相关，因此为减少爆破震动对边坡的影响，特别是减少爆破震动对边坡的累积影响，必须保证每次爆破时使爆破震动强度尽可能降为最小。在采用微差爆破时，应增加雷管段别，分多段微差起爆，尽可能把单响药量控制在800kg左右（两个孔）。在控制最大段起爆药量的同时，也必须控制一次爆破的总药量，一般来说，总药量越大，爆破震动持续时间就越长。针对大平掌目前的生产现状，一次爆破总药量控制在10t以下比较适宜。

5.边坡减震措施

通过爆破震动对大平掌露天矿边坡影响分析，并结合露天矿目前的开采现状，提出了一些行之有效的边坡保护措施。通过现场爆破震动测试、边坡稳定性计算以及露天矿岩质边坡内部位移监测，作者认为，爆破及爆破震动对大平掌露天矿岩质高边坡的稳定性主要影响因素如下：

（1）爆炸应力波对岩质边坡的直接作用。由于在靠帮时未能采用预裂和光面爆破来保护边坡，且爆破钻孔孔径大（250mm），爆炸产生的应力波使得处于爆孔近区内岩体破裂，靠近炮孔内的大面积岩体损伤，强度降低，从而使接体边帮稳定性大大减小。

（2）爆破震动和地下水的联合作用。地下水是影响边坡稳定的主要因素之一，边坡体内地下水的存在会软化岩体，降低岩体强度，减小岩体的内摩擦角。边坡地下水静压力还会增大边坡下滑力，当高位地下水与爆破震动联合作用时，会大大降低露天矿的边坡稳定性。

（3）爆破震动对大平掌露天矿岩质边坡的损伤累积效应。在爆破荷载作用下岩石的动态断裂是一个连续损伤演化累积的过程，其损伤机制可归结为岩石内部微裂纹的动态演化，岩石作为一种脆性损伤材料，存在着大量的微裂隙、微裂纹等缺陷，爆破对岩体基本质量的影响和破坏过程是由于其内部大量微裂纹的存在、长大和贯穿而导致岩石宏观力学性质的劣化以至最终失效或破坏的过程。

由于生产的需要，大平掌露天矿频繁的生产爆破（目前平均每天爆破1次）必将使得岩质边坡的微裂纹得以不断发展，岩体强度下降，边坡位移变形加快，从而影响到整个边坡的稳定性。

6.总结

露天矿边坡稳定与否直接影响到矿山的正常生产设备、人员的安全及矿山的经济效益，而影响露天矿边坡稳定性的因素是多方面的，爆破震动是影响露天矿边坡稳定性的主要因素之一。随着露天矿开采深度的增加，边坡受到爆破地震的影响与危害愈烈，这就要求对边坡爆破震动进行连续监测，以便研究爆破地震波在边坡中的传播规律，并且采取合适的评价参量和控制方法，达到对边坡爆破振动危害的有效减缓。本文针对大平掌露天矿边坡现状，从爆破震动角度分析了爆破震动对露天矿边坡的影响，并提出了一些减小爆破震动对边坡稳定性影响的措旋。

【参考文献】

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