爆破对露天矿边坡的影响分析

万红毅

摘 要：围绕对露天矿坑边坡稳定性造成威胁的采矿爆破进行分析，阐述露天矿的边坡类型和边坡的稳定性概念，介绍爆破产生的振动效应，分析爆破振动效应给矿坑边坡带来的影响，并对减震技术在采矿过程中的应用进行了探讨，以期推动爆破技术在露天矿采矿作业中的安全运用。

关键词：爆破；震动效应；露天矿边坡；影响

1 概述

露天的矿坑边坡是造成采矿安全问题的重要因素之一，目前露天矿坑边坡的暴露时间越来越长，并且因为开采深度加深，其不稳定性也愈显突出，而采矿作业不可避免地需要运用到爆破技术，这使得矿坑边坡的稳定性受到更大的威胁。爆破产生的振动效应会破坏边坡中岩石的内聚力、抗压强度以及内摩擦角等等关系着矿坑边坡稳定的因素的原本结构，进而带来安全问题。文章将针对在露天矿采矿过程中使用爆破技术对矿坑边坡产生的影响进行分析。

2 边坡类型及稳定性的概念

2.1 边坡类型

露天矿的边坡类型可以根据其岩质、保存时间和结构来进行划分。按照露天矿岩质可将其分为岩质边坡、土岩组合边坡和土质边坡；根据其保存时间来划分，则可分成永久性和临时性两种类型的边坡；而据其结构又可区分为层状结构和块状结构这两种类型。

2.2 边坡稳定性的概念

不同类型的露天矿边坡对稳定性的要求都是不同的，它们之间存在着一些或大或小的差别，因此，对于露天矿边坡稳定性要求，只能从大体上进行划分。在采矿作业中，对于露天矿边坡的稳定性的要求大概可以分成三种，一是边坡的变形量必须在工程允许的范围之内，诸如高压管道和土木木工程之类的边坡；二是如果需要边坡作出较大的变形，要将变形严格控制在不会对工程的效用造成妨碍的条件范围内，此外破坏的边坡是不被允许的，例如渠道边坡这一类型；三是不能出现滑动的边坡，比如矿山非工作邦边坡。

3 爆破的振动效应及其对露天矿边坡的影响

3.1 爆破的振动效应

爆破技术的发展给采矿作业带来了巨大的便利，却也造成了一些安全问题。如今爆破技术被广泛运用到采矿作业当中，它对矿坑周边环境的影响也越发为人们所关注，露天矿边坡的稳定性相当容易受到影响；爆破会产生振动，也正是这些因爆破技术运用所引发的振动，使露天矿边坡失去了原有的稳定性。

地震波的理论属于弹性动力学，爆破产生的地震波可以分为初至波、主震相和尾震段三个部分，地震波的频率在这三个过程中依次降低，振幅经历了由小到大，再降到最低的过程。其中，主震相阶段是产生地震的最主要的阶段。

采矿作业中，工作人员将炸药包装进地下，炸药包被引爆后会产生冲击波，借助岩土介质实现传播的弹性振动波会导致岩石发生破裂，甚至还会造成岩石的裂隙和内节理出现移位或变形的情况。一般情况下，爆破的震动强度可以使用运动物理量（介质质点）来表示，如质点发生的位移、移动速度及加速度。爆破震动的速度普遍被认为是用来估量介质受破坏的等级的最佳标准，这是因为它同露天矿边坡岩体的稳定性间的对应关系较为统一。

3.2 爆破的振动效应对露天矿边坡的影响

近年来人们对露天矿的开采强度不断增加，爆破技术的使用也愈加频繁，加上露天矿的边坡稳定性深受开挖地区的岩石结构、性质和节理等因素的影响，所以爆破时产生的地震波对其边坡的影响也越发显著。从爆破时的应力波作用、震动荷载作用的角度出发，结合震动相应特征可对爆破给露天矿边坡带来的影响进行分析。

首先，露天矿边坡的岩体存在节理裂隙和断层这类相对脆弱的结构面，这使边坡的强度降低；在运用爆破技术时，爆破的应力波不断压缩和拉伸，致使在和炮孔相距一百至一百五十米范围内的岩体出现松动带，进一步弱化岩体的强度；此时若有地震波通过，就会容易造成破坏。其次，因为人们对露天矿的作业深度不断增加，边坡的暴露面积扩大，在这样的情况下实施爆破，岩体的脆弱结构不得不能承受爆破造成的地震波通过时带来的动荷载；此外，如果遭遇雨季，雨水会以渗进岩体的方式再次弱化岩体强度，最终引起边坡受损。再次，在边坡的岩体中通常存在许多程度不一的裂缝，爆破的震动荷载作用会在靠近张开的裂纹尖端的地方造成不小的集中应力，如果这些应力达到足以破坏岩体的大小时，能使裂纹尖端开裂成微裂隙；而一般来说地震动载荷作用的瞬时性，这些微裂隙容易在岩体的自重下被压合。最后，因为组成介质的岩体中的松散及结构面吸收了大量爆破时传播的地震波的能量，从而引发了自震动，在保证不受宏观破坏限度的前提下，松散的介质和结构的弱面被弱化，不如原始的状态坚固；发生爆破时，地基向边坡的岩体传播动荷载，进而引发振动，同时，边坡的岩体性质和振动不均匀，振动也不具有连续性，使得岩体的内部结构体出现了位移现象。

4 减震预裂爆破技术在露天矿开采中的应用

为减轻在开采露天矿时使用爆破技术对高陡边坡带来的危害，需要我矿借用减震预裂爆破技术的力量。合理使用减震预裂爆破技术，能够有效降低因爆破产生的地震效应。减震预裂爆破技术包括合理确定炮孔超深、选取适当的网孔参数、改变装药的结构、科学运用延时爆破技术和控制传爆的方向这几个方面的内容。

炮孔超深是指超过台阶的底盘标高的炮孔深度，根据岩石的松软程度确定炮孔超深，可以使台阶底盘岩石上的夹制作用得到有效解决。在选择网孔的参数时，要做到合理使用大孔距小排距的爆破新技术，同时减少炮孔的超深，运用孔内间隔填装炸药的方法，科学安排中、深孔的孔口堵塞长度，避免孔口的药量过于集中，并且把炮孔的密集系数控制在大于1的范围内。装药时，采用不藕合装药的方式也可以降低由爆破引起的地震效应，不过这种装药方式会增加作业的成本。延时爆破技术需要工作人员将总药量进行分组，而后按毫秒级的间隔依次爆破。控制爆破方向的做法主要是依照离被保护目标由近到远的顺序引爆装药点，以减轻爆破的破坏程度。预裂爆破是沿着设计轮廓线布置减小孔距的密集炮孔作为预裂孔，对这些预裂孔进行减小装药量的不偶合装药，在开挖区主爆孔爆破前，同时起爆这些预裂孔装药，就会在主爆区与保留区边坡岩体之间，沿预裂孔中心线形成预裂缝，将开挖主爆区与保留区边坡岩体隔离开，使主爆区后来进行爆破时产生的应力波在预裂缝面上发生反射和折射，阻止主爆区的裂缝向保留区发展，减弱主爆区的爆破对保留岩体的破坏，使保留区岩石沿预定轮廓线留下光滑平整的岩壁，以确保边坡的稳定。

5 结束语

爆破是影响露天矿边坡稳定的重要原因之一，要有效减少爆破所带来的负面影响，需要对此多加重视并有针对性地进行分析，以保障露天矿采矿作业的安全性，同时保护自然环境，避免因采矿爆破引发的自然灾害发生。

参考文献

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