露天矿深孔爆破振动作用下边坡的稳定性分析

2022-06-24叶玉熙

世界有色金属 2022年7期

在露天矿生产中，爆破是较为常用的开采方法之一，由于爆破形成的爆轰波威力较大，会对边坡的稳定性造成影响。所以在应用爆破技术开采露天矿之前，要分析爆破振动对边坡稳定性的影响程度，据此判定选用的爆破技术是否可行。借此就露天矿深孔爆破振动作用下边坡的稳定性展开分析探讨。

1 露天矿边坡稳定性的影响因素及爆破振动机理

1.1 边坡稳定性的影响因素

1.1.1 地质构造因素

不同地质构造条件下的边坡发育程度有所不同，在褶皱和断层较多的地质构造中边坡的地质稳定性相对较差。如，大断裂构造位于地质活动频繁的地区，其岩体呈破碎状态，使得边坡易受断裂带反射地震波的影响增大失稳的可能性。大断裂构造分布破碎岩石，岩体抗剪强度、抗变形能力较差，影响了边坡的整体稳定性。

1.1.2 岩体结构因素

受地形地貌影响，边坡处于深孔爆破振动作用下会产生边坡高度、坡角、坡形变化，这是因为地形地貌对震波产生了局部放大或减弱的效应，导致边坡岩体自重力增加，发生严重损伤。不同的地形地貌会形成不同的岩体结构，而不同的岩体结构在爆破振动下产生的破坏形式也有所不同。如，强度较高的边坡岩体在受到爆破振动作用时的岩体稳定性明显好于破碎结构岩体，且破碎结构岩体可能会发生塌方事故。

1.1.3 水文地质因素

露天矿的边坡岩体易受到水文、风化的影响产生次生矿物，增大岩体结构的节理裂隙，降低岩体的物理力学性能。在边坡岩体长时间受到水文、风化侵蚀的情况下，会逐步积累侵蚀效应，破坏边坡岩体内部结构，降低岩体抗剪强度。如果此部位的边坡岩体受到爆破振动作用，则会加速边坡破坏，引发岩块永久性位移，严重影响边坡稳定性。

1.2 爆破振动机理

在露天矿山开采中，松动爆破是主要的爆破方式，爆破时，炸药的物理形态会发生一定程度的变化，即从固态转化为气态，由此会释放出巨大的能量，并且化学反应会产生非常高的爆速。由于爆炸会使炸药包的体积快速增大，而埋设在岩石中的炸药包受到岩体的约束，体积增大的幅度受限，随着爆炸压力和温度的骤增，会形成压缩扰动，进而引起向外传播的压缩波，这个压缩波在不断叠加后，会变成高密度的波阵面，最终形成冲击波。当冲击波通过爆炸区域周围的介质时，会变成爆轰波，它的威力比较大，能引起岩石弹性振动，经过传播会造成地面振动，即地震波

。

爆破振动是一种较为特殊的动力现象，可用于衡量爆破振动强度的指标有振动幅度、最大振动速度以及最大振动加速等。相关研究结果表明，与爆破振动速度大小关联最为密切的是爆破振动产生的应力，具体表现为质点的振动速度峰值，该值与建构筑物的最大应力成正比，也就是说，爆破振动速度是引起建构筑物位移的重要原因。而爆破振动速度的大小主要取决于炸药和地质环境，当地质环境一定时，炸药的威力越大、用药量越多，产生的爆破振动速度就越大。深孔爆破是孔深超过5.0m的爆破方法，推进方式为台阶式，与其他爆破技术相比，深孔爆破的破碎质量更好，大块率高，能使生产效率得到进一步提升。

2 露天矿深孔爆破振动作用下的边坡稳定性

本文中的露天矿山位于XX省境内，矿山出露的地层为侏罗系勐嘎组，岩性以碎屑岩、碳酸盐岩为主，矿层的厚度在0.1m～5.0m之间，产状较为平缓，有褶皱及明显的断裂构造，节理裂隙发育。

本研究通过建立一套测定天然气中重组分对MDEA溶液脱硫性能影响的室内实验装置，研究不同重组分对MDEA溶液吸收性能的影响规律，采用多因素方差分析筛选关键因素，并判定其影响程度大小，采用人工神经网络建立天然气中重组分不利影响的预测模型，准确找出天然气中重组分不利影响与相关因素之间的隐藏关系，并确保此预测模型的误差小于10%。

2.1 爆破方案

对爆破振动进行研究的过程中，可用以下分量表示爆破振动速度：横向、纵向、垂向。目前，爆破振动速度的安全判据尚无统一标准，业内的专家提出，在非特殊的情况下，可将纵向与垂直分量作为爆破振动速度安全判据标准。我国现行的GB6722规程规定：“建构筑物可以分量中最大的振动速度作为安全判据”，但规程却并未对露天矿区边坡安全振速进行明确规定。因此，在具体测试时，可按实际情况处理。

2.2 爆破振动测试

2.2.1 测试方法

对露天矿开展现场爆破振动测试的主要目的如下：从最为直观的角度了解爆破振动的规律，获取监测数据，借助数学分析的方法，对振动波形及最大振速进行分析，给爆破控制提供参考依据。本次爆破振动测试采用的是电子测试与计算机分析系统，操作简单、功能强大、测振精确是该系统突出的特点。爆破测振仪选用某公司的产品，型号为TC-4850，具体的测试方法如下：先将爆破记录仪与传感器连接到一起，对爆破过程中产生的振动数据进行采集，利用数据线将采集到的数据传给计算机系统，经分析软件处理后，输出爆破振动最大合成速度，最后进行回归分析。

hThread_AD=CreateThread(NULL,0,TestFunc_AD,0,0,&threadID_AD)。

三次爆破中，第一次和第三次的单段最大装药量为210kg，第二次为149kg，利用K至与α值，通过计算能够得到爆破安全距离。

作为一名班主任，非常重要的一点就是一视同仁地看待每一位学生。在班级管理过程中，班主任首先要做到公平管理，不能因为学生的家庭背景或者学习基础的差异而采取区别对待。只有这样才能让班主任在学生中有更高的认同感，同时也能让学生对班主任更加尊敬。随着社会的发展，很多学生的父母都有一定的社会地位和经济地位，这就不可避免地让学生形成了一种攀比意识，容易和家境相当的学生成为伙伴和朋友，对家境一般的学生有意避之。针对这些普遍现象，班主任就要适时对其进行引导，并且可以以班会的形式对学生进行教育，让学生明白这样做的坏处，以此来让学生能够树立平等意识，同时也能让学生之间建立更好的友谊，班级的学习氛围也会更好。

（2）本次测试中，选取合成速度最大的波形图作为分析对象，即爆源为160m的5号测点。以不同的颜色代表X、Y、Z三轴上的振动速度波形，得到的三矢量波形图及合成速度波形图分别如图2和图3所示。

本次测试中的边坡位于露天矿山西部采场的东侧，坡体的高度为15m，坡角呈55°，总体宽度为124m。露天矿爆破开挖的过程中，不可避免会引起振动，可将之细分为水平径向、水平切向、竖直方向三个分量。在本次现场测试中，将测点传感器布设在边坡的坡脚与坡顶，通过石膏固定，并与坡面连接，测点位置与水平爆源的平面位置如图1所示。

在对边坡稳定性进行研究的过程中，受力分析是关键环节，边坡承受的任何一种力，都会影响其稳定性，如岩体的重力、静水压力、爆破振动力等。

2.2.4 测试结果分析

露天矿开采以深孔爆破的方法破碎岩石，现场数据采集期间，共开展3次爆破作业，前两次为向西的水平回采，爆破位置分别为130m和145m，第三次为向北的水平回采，爆破位置为165m，全部采用V型逐孔非电毫秒微差起爆，连续装药结构的松动爆破技术。爆破作业的最小抵抗线为4.0m，三角形布孔，孔深和孔距分别为17m和4.0m，炮孔的倾角为85°，充填长度为4.5m，超深1.9m，炸药的单耗为0.16kg/t。第二次爆破时，作业孔径为140mm，单段最大装药量为149kg，其余两次的作业孔径均为165mm，单段最大装药量为210kg，选用两种不同指标的炸药，即膨化硝铵炸药和乳化炸药，前者的爆速为3200m/s，后者的爆速为3500m/s～5000m/s，微差爆破的间隔时间为17s～75s，爆破网络采用并-串-并的方式连接

。

（1）爆破过程中，单段的最大装药量和爆源距离大小对爆破振动速度具有直接影响，虽然爆破位置和装药量不同，但主振频率的变化却相差较小，在爆破振动作用下，同一爆源的直线距离与合成速度成反比关系，即直线距离越短，合成速度越大。

2.2.2 测试仪器

地膜一般选用宽度为90～100厘米，厚度为0.005～0.008毫米的超微膜，每亩用量2.5千克左右。盖地膜时，两端要压实，上端要拉紧拉平，同时用土压紧地膜两边，将地膜固定。地膜盖好后要及时将棚内的二模拉开盖好，再将大棚两头封严，以利保温。

2.2.3 边坡测点布设

通过对图2和图3中的波形曲线进行分析后，得出以下几点：在X、Y、Z三个轴向上，爆破振动速度达到峰值的时间存在明显的差异；最为明显的振动作用为作用于边坡坡体内的切向量

。由此说明，爆破振动对露天矿边坡的破坏方式以切向量方向的力为主。

一是要根据地区差异的实际，科学设计农村社会保障各项制度，有重点有规划地实行社会保障制度建设，以新型农村社会养老保险制度为重点，逐步推进制度统一、保障水平合理、相互协调且互为补充的农村社会保障体系。二是要加快相关制度建设与落实的脚步。根据农村实际需求，围绕农民最关注的生活保障、医疗卫生、教育文化等实际需求，加快出台相关制度，增强农村社会保障水平，更好地规范农村各项社会保障工作。

（3）通常情况下，露天矿山生产过程中采用的是车、带联运的运输方式，为对矿区内的带式输送机加以保护，要求爆破安全振动速度不得超过2.3cm/s。基于此，通过计算可以求出不同装药量下的安全距离，结果如表1所示。

本次测试中选用的测振仪为是一款便携式仪器，它的功能比较齐全，适用范围广，测试精度高，全中文液晶屏显示，在无计算机的情况下，能够完成现场测试，全自动运行、存储容量大，量化精度可以达到1/65536，采用锂电池供电，续航更加持久，一体化三维传感器，即插即用，支持无线传输，配有专用的软件。该仪器为并行三通道，采样率为8kHz，记录方式为连续触发式，记录时长为2s，自适应量程不需要手动设置，记录精度为0.01cm/s，读数精度可以精确到1‰

。

2.3 边坡稳定性

在爆破振动作用下，对边坡稳定性进行分析的过程中，可以边坡安全系数为依据。目前在边坡安全系数分析计算中，较为常用的方法有拟静力法、动力分析法、强度折减法等，上述方法各具特点，适用于不同的情况。按照本次研究的需要，选用拟静力法

。

2.3.1 确定几何边界条件

边坡的结构稳定性是露天矿爆破开挖领域研究的重点内容之一，在爆破的过程中，当产生的振动速度与频率达到一定程度时，便会对边坡的岩体造成损伤。为确保边坡的整体稳定性，可以采用拟静力极限平衡的方法，分析深孔爆破振动对边坡稳定性的影响，为边坡安全防护提供依据。运用拟静力极限平衡分析边坡稳定性前，要先对潜在滑动面的几何边界条件加以确定，通常需要考虑以下三种情况：滑动面、切割面、临空面，上述三个几何边界条件的性质存在明显的差别，并且位置也不相同，从而使它们在边坡稳定性分析中的作用各异。为进一步简化计算过程，可将切割面的抗滑力忽略不计，而临空面的主要作用是为滑动的岩体提供活动空间，可不列入计算范围。所以最终确定的几何边界条件为滑动面，据此可进一步分析边坡的破坏形式及规模

。

2.3.2 受力状态

其次，林业涉及生态安全、气候变化、能源短缺等诸多国际重要议题。随着国际社会对森林问题的关注度日益增强，未来涉及非法采伐的林产品贸易摩擦将不断加剧，森林问题及林产品国际贸易将日益成为国际热点问题并直接关系国家的权益和未来发展空间。

从图1中可以看到，沿着坡面共布设8个测点，单序号的测点位于坡脚，间距为5.0m，双序号测点布设在坡顶，与单序号测点对应，在竖直方向上，对应的两个测点距离为15m

。

基于此，研究边坡稳定性前，需要对边坡受力的方向、大小以及作用点加以确定，这是重要前提。相关研究结果显示，边坡除了在外力的作用下稳定性会降低之外，潜在滑动面的岩石密度、黏聚力、内摩擦角等，是引起边坡失稳的内在因素，也是边坡受力分析中不可或缺的重要条件。这些因素最大不可以超过峰值强度，最小不可以小于残余强度，两个强度的比值在0.6～0.9之间。所以在受力分析时，要选择合理的摩擦系数及黏聚力值，在此基础上计算安全系数，当所得的结果＞1.0时，表明边坡稳定，若是结果＜1.0，则说明边坡处于失稳状态

。

课程是教育思想转化为现实的桥梁和纽带。课程是学校改革与发展、提高教育质量的关键环节。高职院校内涵建设的核心是课程。课程建设是在一定的课程观指导下进行课程体系建设、课程组织实施、课程考核评价以及课程管理等工作的全过程。

对于暖通空调施工而言，前期的图纸设计是决定工程合格与否的重要因素。换句话说，如果图纸的设计都不合格的话，那么后期的施工建设也必然会导致一些问题出现。然而，在实际的工作中我们会发现确实是存在一些问题的。主要问题是有些图纸设计者并没有做足准备工作，这往往导致设计出来的图纸并不是符合现场的具体情况[2]。毫无疑问，如果我们一味的照着设计的图纸来施工的话，很有可能会造成工程的返工。

2.3.3 拟静力分析

本试验茎叶处理除草剂施药时间是紫花苜蓿刈割后20 d左右，所得出的安全性结论也是刈割后茎叶处理的结果。紫花苜蓿还有一种苗后茎叶处理就是种子播种出苗后，这2种模式下的紫花苜蓿敏感度差异很大，至于播种出苗后的紫花苜蓿药剂安全性如何，有待于进一步研究。

本次研究中，采用拟静力法对爆破振动作用下的边坡稳定性进行分析，利用相关的岩土软件，计算边坡潜在的滑动块，具体的计算目标为借助软件自动搜索边坡上最危险的滑裂面，按照拟静力法，对其它条件进行假设，具体包括：边坡为均质刚体，仅向下滑移，不向两侧滑动，非滑动状态时，边坡保持静止；爆破振动产生的荷载与坡面剪切应力有关；地震系数相同，爆破惯性力作用于潜在滑动块的重心上；滑动面为圆弧状；黏聚力与内摩擦角是影响潜在滑动力的主要因素，不考虑其它因素的影响，如裂隙水压力、浮托力等。将爆破荷载转换为等效静力后，可用下式对爆破振动等效静力加以计算：

由表5可知，当选择炒制干制时，试验时间较长且不能完全干制，干制不彻底，牛肉丁的弹性不好，风味不佳，无香味；当选择油炸干制时，牛肉丁的总体风味咸甜适中，有麻辣味且有弹性，外焦内嫩，具有牛肉丁特有的香味。因此，通过对干制方式的单因素分析，得出最佳干制方式为油炸干制。

在上式当中，F

表示边坡上第i条土块对应的水平等效静力（单位：N）；K

表示爆破振动系数（可以转换为a

/g，其中a

是第i条土块内的质点加速度，g为重力加速度，取值为9.81m/S²）；W

表示第i条土块的重量（单位：N）；K

表示水平方向上的地震影响系数；β表示爆破振动荷载折减系数，取值范围在0.1-0.3之间

。

计算结果如下：在自然状态下，边坡的安全系数为1.553，爆源为130m时的边坡安全系数为1.527，爆源为145m时的边坡安全系数为1.371，爆源为160m时的边坡安全系数为1.455。从计算结果中可以看到，不同爆源的爆破振动均导致边坡的安全系数降低，下降后的安全系数仍然＞1.0，由此说明，虽然爆破振动影响了边坡的稳定性，但却并未造成边坡失稳。换言之，采用深孔爆破的方法对露天矿开挖是可行的。