边坡加固后露天采场的控制爆破研究

王运永(五矿矿业控股有限公司，北京100010)



边坡加固后露天采场的控制爆破研究

王运永
(五矿矿业控股有限公司，北京100010)

利用锚拉式地下连续墙技术对富水砂卵石层的露天矿边坡加固后，如何控制爆破以确保边坡稳定是值得深入研究的问题。本文以神龙峡露天矿为背景，研究了最大一段装药量问题以及爆破后对加固后露天矿边坡稳定性的影响。监测结果显示，在合理单响炸药量爆破时，爆破对边坡稳定性影响很小。

控制爆破；露天采场；加固；锚拉式地下连续墙；稳定性

在松散的砂卵石中开挖露天边坡，即使在无水的环境下，坡体也难以保持稳定。在富水环境下，更是边挖边塌、坡体无法成型。我国许多矿山由此陷入了有矿难采、有矿不能采的窘境。如何在富水砂卵石层中开挖露天边坡始终是一项重大技术难题，国内相关科研及生产企业曾对此展开大量探索性工作，但鲜有十分成功的先例[1]。针对如何在富水砂卵石层中开挖露天边坡这一世界性的难题，以神龙峡露天矿扩帮为工程背景，笔者研发了一套适用于砂卵石层中开挖边坡稳坡止水的关键技术——锚拉式地下连续墙技术[2]，圆满解决这一困扰国内外露天采矿界多年的技术难题。但是，如何控制爆破，一直是业内值得深入研究的问题。本文就以神龙峡露天矿为背景，研究了控制爆破的有关问题以及爆破后对加固后露天矿边坡稳定性的影响。

1 工程背景

神龙峡露天铁矿位于河北省唐山迁安市境内，为扩大生产规模，神龙峡铁矿决定进行扩帮改建。但由于该露天矿地处滦河岸边，上部有一层最厚近20m的砂卵石层，富含水，且水源与滦河河水直接沟通，扩帮工程一开始便陷入了困境。①矿坑紧邻滦河，最近处不足200m，水源补给充分，扩帮前矿坑涌水量已高达12000m3/d。经保守的测算估计，扩帮后，涌水量将超过30000m3/d。②更为严重的是，扩帮边界以下有一层最大厚度近20m的砂卵石层，呈松散状态，试挖过程即边挖边塌，坡体无法成型。随后，矿山先后采取了深层搅拌桩、高压旋喷桩等方案，试图对开挖对象进行预加固，但由于止水稳坡效果不明显，最终不得不放弃。

针对神龙峡露天铁矿的扩帮工程背景，为有效提高边坡的稳定性并彻底止水，通过对神龙峡露天铁矿的水文地质条件、地层结构和目前现状的分析研究，最终确定采用锚拉式地下连续墙的技术方案，即在地下连续墙顶端打入一排垂直向下的预应力锚杆并配有墙顶斜拉锚杆的处治方案，见图1。

图1 锚拉式地下连续墙示意图

2 控制爆破研究

矿山生产爆破是一个反复持久的过程，爆破产生的动载冲击作用日积月累，使各种破坏效应得到不断加强和延续，产生近似材料的蠕变或岩石内部的损伤积累，当其超过边坡稳定的临界值时，就会发生边坡的失稳[3]，其主要原因是爆破震动的不断作用使边坡围岩中的剪应力增加，使原生结构面、构造结构面、原有的裂纹裂隙扩展和延伸，甚至产生新的爆破裂纹和微裂纹，使其原有物理力学性能下降，从而影响了边坡的整体稳定性[4-6]，所以在神龙峡铁矿临近地下连续墙进行爆破时必须采取控制爆破，并按爆破振动安全允许距离计算每次爆破的最大一段装药量，确保露天采场的爆破不会对地下连续墙造成破坏。

2.1 参数之间的关系

爆破振动安全允许距离按式(1)计算。

(1)

式中：R为爆破振动安全允许距离(m)，条形药包按等效距离Re计算；V为保护对象所在地质点振动安全允许速度(cm/s)；Q为最大一段炸药量(kg)，条形药包按等效药量Qe计算；K，a为与爆破点至保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数。

根据式(1)，将其演变为允许的最大一段炸药量与爆破点到被保护对象距离的关系式，见式(2)。

(2)

2.2 V，K，a值的选取

该矿山被保护对象——地下连续墙，系钢筋混凝土构筑物，有挡水的要求。其类别接近于新浇大体积混凝土(但体积不太大)和钢筋混凝土结构房屋，因此综合新浇大体积混凝土和钢筋混凝土结构房屋安全允许振速，选取地下连续墙安全允许振速V为5cm/s。

精密称取橙皮苷对照品适量，置于50 mL量瓶中，加甲醇溶解并定容至刻度，摇匀，过0.22 μm微孔滤膜备用。

根据不同的岩性，其与地形地质条件有关的系数和衰减指数见表1。

该矿山临近地下连续墙进行爆破的地段为矿体底板围岩，矿体底板岩石为混合花岗岩，完整坚硬，稳固性较高。靠近第四系有一定程度的风化，因此按中硬岩石选取：K=150，a=1.7。

2.3 等效距离和等效药量

对于深孔爆破来说，炮孔中的药柱相当于一个条形药包，可将其以1～1.5倍最小抵抗线长度分为多个集中药包；另外预计同一排炮孔爆破时可能需要有为数不多的几个炮孔划分为一段，因此同一段起爆的相邻各炮孔也相当于群药包爆破。

由于同一段起爆的炮孔数量不多，各个炮孔之间的孔距不大，因此各炮孔距地下连续墙上同一质点的距离相差不大，可将同时起爆的几个炮孔视作一个集中药包，其等效药量为同时起爆的几个炮孔装药量之和，其等效距离为按单个炮孔计算的等效距离，详见表2。

表1 与地形地质条件有关的系数和衰减指数

表2 预加固第四系地层的深孔爆破等效距离和等效药量

2.4 允许的最大一段装药量

为了适当增加允许的最大一段装药量，保证生产的正常进行并保证在进行爆破时地下连续墙的安全，通过调整+35m安全平台的宽度，使地下连续墙与最后一排炮孔的等效距离控制在28m左右，允许的最大一段装药量增加到56kg左右。调整后的+35m平台宽度及等效距离见表3。

按照前面确定的有关参数及计算公式，最后一排炮孔的等效距离统一按28.4m计算临近地下连续墙各排炮孔的等效距离及允许的最大一段装药量，见表4。

表3 调整后的+35m平台宽度及等效距离

表4 临近地下连续墙各排炮孔的等效距离及允许的最大一段装药量

3 现场监测分析

3.1 监测设备及测点

为了掌握爆破对地下连续墙的影响，利用美国SAULS公司生产的NCSC 5300型测震仪对其进行了现场监测。监测点有两个，其中，测点1设在距离爆源100m的墙顶处，测点2设在距离爆源50m的墙顶处。爆破的最大单响药量为660kg。

3.2 测试结果

测点1和测点2的爆破波形图见图2、图3，其中测点1的合成速度为9.1mm/s，测点2的合成速度是13.8mm/s，均远远小于5cm/s，所以这种药量的爆破对于地下连续墙的稳定性影响很小。

4 结论及建议

1)经过多年的工程验证，锚拉式地下连续墙技术成功解决了神龙峡露天铁矿扩帮工程所面临的涌水量巨大且边坡难以自稳的难题，是一项值得推广的技术。

2)经测震仪现场测试，测点的合成速度远远小于均远远小于5cm/s，所以在最大单响药量660kg的爆破对于地下连续墙的稳定性影响很小，也即意味着加固后边坡的稳定性良好。

图2 测点1上的爆破波形图

图3 测点2上的爆破波形图

3)应尽量避免使用乳化炸药，若使用乳化炸药应按文中计算结果降低10%～20%的装药量。

4)严格控制最大一段装药量进行爆破，并确保装药质量。

[1] 高永涛，吴顺川．露天采矿学[M]．长沙：中南大学出版社，2010．

[2] 王运永，高永涛，赵永昌，等．地下连续墙在露天矿边坡加固止水中的应用研究[J]．金属矿山，2008(2)：16-19．

[3] 李彬峰．爆破震动地震效应及其控制措施分析[J]．爆破，2003，20(2)：83-85．

[4] 孙玉科．中国露天矿边坡稳定性研究[M]．北京：中国科学技术出版社，1999．

[5] 张有天，周维垣．岩石高边坡的变形与稳定[M].北京：中国水利出版社，1999．

[6] 马建军，蔡路军，叶洲元，等．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．

Study on the controlled blasting of open pit with reinforced slope

WANG Yun-yong

(Minmetals Mining Holdings Co.，Ltd.，Beijing 100010，China)

By the prestressed and pulled diaphragm wall technology，an open pit slope in the water-containing stratum of gravel and pebbles was reinforced，and how to control the blasting to ensure the stability of slope is worthy of further study.In this paper，taking Shenglongxia open-pit mine as the background，the maxium one-stage charge and effect of blasting on the stability of reinforced slope are studied.The monitoring results show that the effect of blasting on the stability of slope is very little in a reasonable amount of maximum single fire dynamite.

controlled blasting；open pit；reinforcement；prestressed and pulled diaphragm wall；stability

2014-12-07

王运永(1982-)，男，河北人，博士，主要从事金属矿山开采与管理工作。

TD235.371

A

1004-4051(2015)11-0174-03