爆破测振技术在凹山采场高陡边帮开采中的应用

邓国平

(马钢集团(控股)有限公司南山矿业公司)

临近闭坑的凹山采场形成了1个长约1 230 m、宽1 050 m、封闭圈标高45 m、最低开采水平-210 m 的凹陷采坑。采场大规模爆破和开挖对边坡岩体造成了较大的应力扰动，并在坑底坡脚处形成了应力集中，对凹山地质环境治理和挂帮矿开采时，会进一步引起岩体发生变形和破坏。高陡边坡稳定性主要由矿山工程地质条件决定，但在岩石物理力学性质、边坡结构构造、采场结构参数和开采方式一定的条件下，采场爆破振动是危害边坡的主要因素，特别是节理裂隙比较发育的软弱结构面更可能受其影响。采场南帮受F2断层影响，南帮治理区域地质条件较差，节理裂隙等结构面较多，爆破振动对边坡稳定性有一定影响。2013年，随着东南帮地质环境治理工程稳步推进(主要治理南帮-15～-165 m 水平)，该部位受深孔爆破及生产作业影响，人工监测数据显示，该部位有明显下沉现象。南帮治理区域正上方分布有0～-15 m、-15～-30 m 水平铁路运输线路，其中，0～-15 m水平铁路线为0 m水平转运平台电机车的必经线路，-15～-30 m水平铁路线为-15 m水平转运平台电机车的必经线路。为确保凹山采场安全高效开采，本研究对爆破振动进行监测分析，以合理优化边坡爆破设计方案。

1 临近边坡爆破对失稳边坡的影响

(1)爆破应力波作用使得边坡围岩中的剪应力增加，原生结构面、构造结构面、原有的裂纹裂隙进一步扩展和延伸，甚至会产生新的裂纹裂隙，大大降低了边坡的承载能力，从而影响到边坡稳定性[1-2]。

(2)地表水渗入造成节理、裂隙和软弱层的静水压力增大，软化结构面并降低潜在滑面强度，爆破振动作用使得地下水状态发生改变，直接或间接影响到滑塌面的摩擦力，振动惯性力对边坡形成了1个致滑力，使得边坡产生诱滑。

(3)爆破振动对边帮围岩进行了长期扰动和冲击，使得破坏效应不断加强和延续，导致边坡产生了近似材料蠕变或岩石内部损伤积累，改变了围岩内部的抗剪切能力。

2 正常台阶的中深孔爆破参数

凹山采场台阶高度为15 m，采用φ250 mm牙轮钻穿孔，孔深设计为17 m，采用逐孔微差顺序起爆，非电导爆管起爆。炸药采用铵油炸药，其余为多孔粒状铵油炸药。爆破参数为底盘抵抗线8.5～10 m，孔距8～9 m，排距5.5～6.5 m，孔深17 m，超深2 m，炮孔倾角90°，炸药单耗0.5 kg/m3。

3 爆破振动规律

对于露天矿爆破，与爆破振动关系最为密切的参数分别为爆心距、最大段药量、一次爆破总药量、爆轰波传播方向、方位、高差等[3-4]。在治理高危边坡时，由于边坡容易受水文地质条件的影响，治理期不宜过长，而预裂爆破对于频繁扩帮到界的开采比较费时，影响推进进度，故不建议采用，为此，只能通过减少最大段药量来降低爆破振动对边帮的破坏。

最大段药量控制方法主要通过对爆破最大段药量的控制来有效降低爆破振动的峰值质点振速[5]。其主要原理是在保证矿岩能够被充分破碎的条件下，减少爆破能量大小来降低爆破振动强度。 根据采场钻孔设备、爆破器材、爆破工艺等条件，本研究对半深孔(孔深8.5 m)爆破的单孔最大段药量与高台阶深孔(孔深17 m)爆破进行了爆破振动效果对比监测试验。

现场爆破试验采用IDTS 3850型爆破振动记录仪，每次测量3个测点，3个测点均设置于南帮不稳定边坡的固定位置上，由于选取的全深孔爆破位置和半深孔爆破位置的爆心相距很近，故与边帮固定测量点的距离近乎相等，通过数次爆破后，得出了爆破振动典型波形图(图1)，相关实测数据见表1。分析图1、表1可知：爆破振动引起的边坡质点的振动速度随爆心距的增加而递减，当爆心与测点距离相同时，最大段药量小的爆破对边帮产生的质点振动速度越小，振动速度降幅为17.6%～72.4%。

图1 爆破振动速度波形

表1 凹山采场-90 m台阶半深孔(8.5 m)和全深孔(17 m)爆破振动测试数据

根据现场采集的大量数据，采用计算机读取每台仪器的监测数据(分别为垂直振动速度、水平径向振动速度、水平切向振动速度)，并记录每个通道的最大振动速度，对各方向的振动速度平方相加再开根号，即可得出该测点的合速度。根据现场测试数据，分别对每条测线采用萨道夫斯基公式进行了回归计算分析，凹山采场爆破振动在F2断层方向的测振数据回归分析结果见图2。

图2 F2断层方向爆破振动回归直线

经过萨道夫斯基公式回归计算，得出该公式中K、α取值分别为165.9、1.418，相关性系数r=0.917，则F2断层方向爆破振动传播规律公式可表示为

图3 F2断层方向爆破振动衰减曲线

参照《爆破安全规程》(GB 6722—2014)给出的质点振动速度安全允许值[6]，根据采场F2断层方向上的爆破振动速度衰减规律，可求得不同爆心距、不同最大段药量所对应的爆破振动速度，结果见表2。

表2 F2断层方向不同爆心距、不同最大段药量对应的振速

4 结 语

以凹山采场为例，分析了爆破振动速度传播规律，认为合理分配药量和布置药包，从而使炸药能量充分用于破碎介质，并使作用于爆破飞石、振动等有害效应上的能量达到最小值，从而有效控制爆破振动。具体措施为：合理布置炮孔和药包，限制最大段药量和总药量；采用逐孔顺序起爆网路，严格控制最大段装药量和一次起爆药量；合理设置填塞高度，严格按照规程进行施工作业。