望海寨钼矿某边坡爆破动载作用下降振研究

王春明 解丽娜

摘  要：为了对辽宁省鲅鱼圈望海寨某钼矿典型边坡提出有效降振减灾的措施，首先通过极限平衡法（瑞典圆弧条分法、毕肖普法、简布法）和强度折减法（2D、3D）确定了该边坡静载条件下的安全系数，再利用ANSYS建立爆破动力载荷作用下四种不耦合装药系数的爆炸模拟，分析其有效应力时程曲线和确定最佳不耦合系数，并根据该装药系数条件下的应力值，以极限平衡法以摩尔-库伦抗剪强度理论为基础，计算得到的动载安全系数时程曲线确定最佳延迟爆破时间，从而达到保证最终边坡保持稳定，减少滑坡带来的危害。

关键字：极限平衡法;有限元法;安全系数;边坡稳定;降振

中图分类号：TU45             文献标识码：A            文章编号：

0 引言

随着国民经济地快速发展，各行各业建设步调也随之加快，交通更是建设安全重地，边坡工程、人防工程、隧道工程等均因爆破动力作用存在严重的威胁，合理采取降振措施是解决问题的根本。本文主要通过确定最佳不耦合系数和最佳延迟爆破时间对该工程进行降振减灾研究，关于降振减灾措施的提出和研究我国学者有很多建树。齐庆杰等为了分析装药位置对深部聚能爆破增透效果，采用理论、数值模拟和现场试验相互结合的方式分析了炮孔周围应力分布及裂隙的发育状态。龚玖等分析比较了空气和水作为耦合介质爆破时对爆破块度的影响，结果表明水作为不耦合介质时爆破效果较佳、能量利用率相对更高。楼晓明等基于岩石破碎机理，综合分析应力波和爆生气体能量作用，运用量纲分析方法修正了延时爆破控制半经验公式，确定了最佳延期时间为25ms。钟冬望等为了精准控制延期时间和提高破岩效果，推导出了延期爆破的计算公式，并给出了延期20ms时爆破效果及降振效果最佳。李清等提出了多种相关因素相互作用时延期最佳爆破时间的优选方法，计算给过给出掏槽孔和辅助孔将延期时间设置为3～5ms比较合适。同时，李祥龙、韩博等同样根据不用的研究背景，研究了延期时间对爆破动力荷载作用下的降振减灾研究。

本文为了对爆破动力载荷进行降振研究，首先要确定静载安全系数和动载动态安全系数，通过空气间隔装药、确定最佳延迟爆破时间等技术手段对最终边坡进行保护，从而防止滑坡事故的造成。

1 静载安全系数

工程中关于土体的分析方法主要分为极限平衡法和有限元法，极限平衡法原理简单，计算方便，在工程中应用较为广泛，有限元强度折减法确定最终滑动面相对更精准简便。

本文主要通过极限平衡法主要通过瑞典圆弧条分法、毕肖普法和简布法计算得到差别不大的三个安全系数，有限元强度折减法计算了2D和3D状态下的安全系数，计算结果详见表1，对比分析5种计算结果确定最佳静载安全系数为2.645。

2 不耦合装药结构

辽宁省鲅鱼圈望海寨某钼矿在掘进生产过程中，由于地质条件限制，需要大量的爆破作业，因而爆破作业产生的大量的动载影响，使得最终边坡的安全稳定性受到了威胁，容易产生滑坡等事故。该边坡的地质参数见表2。

2.1 数值建模

模型采用cm-g-us单位制，台阶高200cm，为了计算方便，将实例边坡缩小十倍进行模拟，模型二维尺寸图如图1所示。孔径设计为150mm，孔深选取满足爆破效果的四种轴向不耦合装药，径向均采用耦合装药，且两炮孔采用完全相同的不耦合系数进行装药，选取中部空气间隔装药结构。

各轴向不耦合装药参数设置见表3。

2.2 结果数据分析

各潜在滑动面代表单元有效应力时程曲线如图2所示。

圖2 潜在滑动面代表单元有效应力时程曲线

由图2可知，随着不耦合系数的增大，潜在滑动面代表单元有效应力时程曲线的峰值总体呈较小趋势，10980和10360两个单元的下降程度较大，总体来说不耦合系数越大，有效应力越小。

为了进一步确定最佳不耦合系数，提取潜在滑动面上数值绘制曲线，各不耦合系数变化曲线如图3所示。

由图4可知，当时间为24ms时，动态安全系数达到最大值约为7.7，当时间达到约40ms时，动态安全系数最小约为1.6。因此，根据工程常用工艺参数，选取延期爆破时间为25ms最佳。

4  结  论

为了提出该典型边坡有效的降振减灾措施，主要通过以下过程及结果确定。

（1）通过极限平衡法和有限元强度折减法确定了五种差别不大的静载安全系数，综合分析取静载安全系数为各结果平均值2.645。

（2）通过控制不耦合系数的大小，分析各条件下的有效应力时程曲线和，分析结果表明不耦合系数为xx时最佳。

（3）为了进一步对该边坡进行降振减灾措施的研究，通过计算最佳不耦合系数装药条件下的动态安全系数时程曲线，确定了最佳延期爆破时间为25ms时降振效果较好。

综上所述，给出了最佳不耦合系数4和最佳延期时间控制为25ms对该工程的降振效果最好。

参 考 文 献

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