露天礦邊坡爆破震動(dòng)測(cè)試及邊坡穩(wěn)定性影響分析

張文平 ，胡建華 ，楊 春

(1.太原鋼鐵(集團(tuán))有限公司礦業(yè)分公司峨口鐵礦， 山西 忻州市 034207；2.中南大學(xué) 資源與安全工程學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410083)

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露天礦邊坡爆破震動(dòng)測(cè)試及邊坡穩(wěn)定性影響分析

張文平1，胡建華2，楊 春2

(1.太原鋼鐵(集團(tuán))有限公司礦業(yè)分公司峨口鐵礦， 山西 忻州市 034207；2.中南大學(xué) 資源與安全工程學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410083)

爆破震動(dòng)對(duì)露天礦邊坡穩(wěn)定性影響顯著，高強(qiáng)度震動(dòng)可導(dǎo)致邊坡巖體松動(dòng)甚至坍塌。采用修正的薩道夫斯基公式，結(jié)合峨口鐵礦邊坡巖體力學(xué)參數(shù)，計(jì)算得出礦區(qū)邊坡允許震動(dòng)速度、水平臨界加速度、垂直臨界加速度。對(duì)爆破時(shí)的邊坡動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，并確定了最大段起爆藥量，以指導(dǎo)礦山安全生產(chǎn)。

爆破震動(dòng)；動(dòng)力響應(yīng)；邊坡穩(wěn)定性；最大起爆藥量

0 前 言

經(jīng)過(guò)30多年的開(kāi)采，峨口鐵礦目前已經(jīng)在南西采區(qū)形成高度超過(guò)350 m的露天邊坡，隨著開(kāi)采繼續(xù)深入，最終邊坡高度將高達(dá)628 m。因此，保持高邊坡的穩(wěn)定性對(duì)礦山安全生產(chǎn)十分重要。在以往的開(kāi)采中采用垂直炮孔進(jìn)行緩沖爆破和淺孔爆破削坡，靠近固定邊坡位置預(yù)裂爆破很少使用，導(dǎo)致固定邊坡平整度較低，并且有一定程度破壞。采場(chǎng)開(kāi)采后形成的固定邊坡具有高度大、巖性復(fù)雜、范圍廣、平整性差且負(fù)荷重的特點(diǎn)。在此工況下采用鑿巖爆破方法進(jìn)行礦石剝離，控制和降低臨近固定邊坡爆破震動(dòng)強(qiáng)度勢(shì)在必行，安全生產(chǎn)及可持續(xù)發(fā)展才能得到保障[1]。

邊坡穩(wěn)定性受眾多因素影響，爆破震動(dòng)[2-3]是影響峨口鐵礦邊坡穩(wěn)定性的主要因素。因此通過(guò)爆破震動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，分析爆破震動(dòng)對(duì)峨口鐵礦邊坡穩(wěn)定性[4]的影響，并提出一些有效的爆破減震[5]措施具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 現(xiàn)場(chǎng)爆破震動(dòng)測(cè)試

根據(jù)實(shí)際工況，使用WS-5921爆破測(cè)震儀在露天礦4個(gè)采區(qū)邊坡臺(tái)階上布置測(cè)點(diǎn)。測(cè)試5次，測(cè)點(diǎn)震速見(jiàn)表1，測(cè)點(diǎn)震動(dòng)加速度見(jiàn)表2。

2 爆破震動(dòng)規(guī)律分析

考慮高程放大效應(yīng)，對(duì)薩道夫斯基公式進(jìn)行修正，結(jié)合表1及表2數(shù)據(jù)使用修正公式進(jìn)行回歸分析。

表1 震動(dòng)速度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

速度衰減公式：

(1)

(2)

加速度衰減公式：

(3)

(4)

式中，Q為最大段起爆藥量，kg；R為爆心直線距離，m；S為爆心水平距離，m。

通過(guò)功率譜分析，生產(chǎn)爆破產(chǎn)生震動(dòng)波的主頻在10～35 Hz之間，平均值為19.22 Hz。

表2 震動(dòng)加速度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

3 邊坡體的動(dòng)力響應(yīng)分析

3.1 滑坡體動(dòng)力響應(yīng)分析模型

滑坡體動(dòng)力響應(yīng)分析模型如圖1，臺(tái)階滑動(dòng)面上研究單元體與基巖間粘結(jié)力極小時(shí)，爆破震動(dòng)對(duì)單元體下滑影響最大，此時(shí)滑坡體處于最危險(xiǎn)狀態(tài)。

圖1 滑坡體動(dòng)力響應(yīng)分析模型

3.2 臨界邊坡安全系數(shù)及水平方向臨界震動(dòng)加速度的確定

研究域內(nèi)邊坡主要以角閃片巖和石英片巖為主，平均線容重0.0286 MPa/m，弱面內(nèi)摩擦角38.84°，內(nèi)粘結(jié)力C=102.9 kPa。地震系數(shù)Ad=aL/g·m，aL為水平方向震動(dòng)加速度，cm/s2；m為爆破動(dòng)力折算系數(shù)，為確保安全，m值取0.13；g為重力加速度，取980 cm/s2。

3.3 臨界垂直震動(dòng)加速度

根據(jù)圖2，可得滑動(dòng)面上研究單元體受力極限平衡方程：

(5)

式中，F(xiàn)A為下滑力，N；FB為抗滑力，N；α為水平方向與單元體處切線夾角，42°；φ為摩擦角，38.84°。

根據(jù)式(6)推導(dǎo)可得測(cè)點(diǎn)豎直加速度為2046.54cm/s2。

(6)

圖2 滑坡體受垂直震動(dòng)影響分析模型

3.4 臨界垂直震速值的計(jì)算

(7)

4 最大段藥量的確定

(8)

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)爆破測(cè)試取得的數(shù)據(jù)和邊坡巖體力學(xué)參數(shù)綜合分析，得出礦區(qū)邊坡允許震動(dòng)速度16.95 cm/s2，水平臨界加速度438.74 cm/s2，垂直臨界加速度為2046.54 cm/s2。據(jù)式(8)，綜合考慮，給出不同距離處生產(chǎn)爆破時(shí)的最大段爆破藥量：爆心距20 m時(shí)，最大段爆破藥量819 kg；爆心距30 m時(shí)，最大段爆破藥量2765 kg；爆心距大于40 m時(shí)，最大段爆破藥量6555 kg。可以據(jù)此指導(dǎo)礦山安全生產(chǎn)。

5 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)爆破測(cè)試數(shù)據(jù)及邊坡巖體力學(xué)參數(shù)綜合分析得出，測(cè)點(diǎn)震速、水平加速度與水平加速度均小于礦區(qū)臨界值，并且在規(guī)范允許范圍內(nèi)，因此爆破震動(dòng)對(duì)峨口鐵礦邊坡穩(wěn)定性影響較小。

本文給出的不同距離條件下的最大段起爆藥量均針對(duì)邊坡體處于最危險(xiǎn)狀態(tài)，對(duì)礦山安全生產(chǎn)有一定的指導(dǎo)意義，建議后續(xù)生產(chǎn)中嚴(yán)格按照爆破安全規(guī)范控制裝藥量。

[1]姜漢磊.爆破震動(dòng)對(duì)撫順東露天礦邊坡穩(wěn)定性影響的分析[J].露天采礦技術(shù),2011(5):44-46.

[2]宋景輝,吳建圻,何以劍.爆破震動(dòng)對(duì)露天礦邊坡穩(wěn)定性的影響分析[J].露天采礦技術(shù),2014(7):10-12.

[3]黃成林,陳建平,羅學(xué)東,等.露天礦邊坡爆破振動(dòng)影響因素的灰關(guān)聯(lián)分析[J].爆破,2010,27(2):96-98.

[4]楊天鴻,張鋒春,于慶磊,等.露天礦高陡邊坡穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].巖土力學(xué),2011,32(5):1437-1472.

[5]馬建軍,蔡路軍.高陡邊坡爆破減震問(wèn)題的探討[J].有色金屬:礦山部分,2002,54(2):23-25.

?巖爆破工程[M].長(zhǎng)沙:中南大學(xué)出版社,2011.(

2015-10-29)

張文平(1973-)，男，山西代縣人，工程師，現(xiàn)從事礦山開(kāi)采與管理工作，Email:zwp73@sohu.com。