礦山爆破開采對礦山高邊坡穩定性的影響研究

鄧 敏

（中國葛洲壩集團易普力股份有限公司，重慶 401121）

目前，我國露天礦開采地質條件和開采環境越來越復雜，凸顯了礦山高邊坡穩定性問題。在露天開采工程中，礦山爆破憑借其高效和經濟等優勢，在邊坡礦體開挖中廣泛應用。但是在礦山爆破開挖時，產生的震動會對礦體造成一定的破壞，不僅會弱化邊坡的抗力，還會將邊坡的應力進行重新分布，大大降低了采區的穩定性，對開采工程造成不利影響。

1 礦山爆破開挖具體方法

1.1 擬靜力法

擬靜力法被用于經過礦震作用的邊坡穩定性的分析，常被用來分析邊坡穩定性。此方法的基本思想是簡化礦山爆破振動帶來的作用，將振動作用簡化成在水平方向以及豎直方向進行的穩定加速度，并且將作用的位置設置在滑移體質量中心上，在最不利于邊坡穩定性的一個方向上選擇為加速度的方向。然后能夠根據相關原理，將動載荷轉換成效靜載荷，再使用極限平衡的理論能夠計算出爆破荷載影響下的安全系數。

1.2 動力有限元方法

使用動力有限元的方法進行邊坡安全系數的計算屬于一種數值的解法，能夠更加全面的滿足靜力許可和應力應變之間的結構關系，是一種比較理想的邊坡穩定性分析方法。對于不同的工程和地質的邊坡，動力有限元方法能夠建立合適的數值分析，進行有關模型的計算，針對模型能夠展開線性分析，甚至還能開展非線性分析。對邊坡模型中的任意存在點，能夠給出該點受到礦山爆破動力荷載的影響之后做出的響應，此外，還能得到邊坡體在礦山爆破動力荷載影響下，從第一刻到最終任一時間點的整體應變、應力及變形情況等。

1.3 極限分析法

極限分析法實質上是使用塑性力學的定理對邊坡穩定性中上限以及下限的解，根據下限定理指出的靜態許可應力能夠負載的負荷不超過實際的破壞負載，且在任何時候，靜態許可應力場都必須要滿足相關平衡方程以及應力邊界的條件。而上限定理是說明破壞荷載常小于等于動態許可速度場的負載。在邊坡穩定性的分析之中，使用極限分析法，將滑動體劃分成多個條塊，規定條塊的位移場，能夠使用平衡方程得出安全系數，這樣的上限方法只適用于在邊坡平移破壞中進行求解。如果將邊坡的滑移體分成含有傾斜界面的幾個條柱，在提出兩種假定條件的情況下，能夠將極限分析法應用在三維邊坡的分析中，減小誤差。

1.4 三維矢量和法

三維矢量和法的提出是基于抗滑安全系數，邊坡體在經過了荷載作用情況下，滑動面能夠給出的極限抗滑力和滑動面之上的滑動力的比值，定義為抗滑安全系數，其中力的總和就是力的矢量和。基于矢量和法，對邊坡動力的穩定性展開研究，能夠更加真實的模擬邊坡在振動之中存在的動力特征，也能夠更加明確的得出邊坡的穩定狀態。其中使用邊界元法能夠得到三維邊坡內部的應力分布情況，再使用矢量合法進行分析，能夠得到計算安全系數的一種三維條分法[1]。

2 礦山爆破開挖對礦山高邊坡穩定性實證分析

2.1 邊坡穩定性的分析

選擇某礦作為研究對象，分析礦山爆破開挖對其礦體邊坡穩定性的影響。該礦在經過多年開采之后，邊坡逐漸升高，很容易對礦山的正常開采造成影響。筆者構建了該礦高邊坡的數值模型（如圖1），對其進行二維邊坡穩定性，分析的結果顯示：研究區高邊坡存在兩處潛在滑移路徑。

然后，筆者對高邊坡進行爆破震動分析，選擇四個爆源，每個爆源處設置了三個監測點，將監測點與爆源的距離及爆孔的最大單段藥量進行記錄。同時在高邊坡區域設置了檢測系統，用于采集爆破之后，高邊坡在垂直方向及水平方向的頻率數據及峰值加速度，為后續的數據分析提供可靠的數據支持。

圖1 礦山開采區計算模型圖

最后，應用二維矢量和法，在靜荷載狀況下，對礦山的高邊坡穩定性進行分析，結果顯示：其中一處邊坡潛在滑面的抗穩定安全系數是1.441；另一處安全系數是1.209.在礦山爆破作用下，其中一處邊坡潛在滑面的抗穩定安全系數是1.250；另一處是1.142。和正常情況相比，均有所降低。通過擬靜力法和極限分析法對邊坡進行穩定性分析，選擇最小安全系數作為分析結果。結果顯示，兩個邊坡潛在滑面的抗穩定安全系數均大于一，表明邊坡仍舊處于穩定狀態[2]。

2.2 保障高邊坡穩定性的方法

通過上述實證可知，礦山爆破開挖會對高邊坡的穩定性造成一定的影響，有關人員需采用相應的措施，對開挖技術進行控制。有關人員可以通過降低震源能量或者避免礦震波的傳播這兩種方式，保障礦區高邊坡的穩定性。具體而言，保障邊坡穩定性的方法有以下幾種：

第一，分離并阻隔爆震波。礦山爆破產生的礦震波具有一定的破壞作用，所以有關人員需要分離并阻隔爆震波，降低礦震波的強度，保障高邊坡的穩定性。工作人員會在高邊坡周圍的一定區域范圍內，設置破碎帶或者裂縫，用于降低爆破震波的強度，降低爆破開挖對邊坡穩定性造成的負面影響。

第二，采取分散裝藥方式。在實際的礦山爆破開挖過程中，震動強度只有達到固定值的時候，才會對高邊坡造成損害，致其失去穩定性。工作可以采取分散裝藥的方式，降低震源的能量，避免爆破開挖對高邊坡造成不利影響。

第三，采取多段延時爆破方式。實踐研究表明，爆源附近震動的大小和單孔藥量聯系密切；與爆源一定距離范圍內，震動的大小和單響藥量息息相關。要想保障高邊坡的穩定性，有關人員需要降低單響的藥量，如采取多段延時礦山爆破的方式，提高起爆段數，減少單響的藥量，避免高邊坡受到震動效應的影響[2]。

3 結論

礦山爆破開挖會對高邊坡穩定性造成一定的影響，需要受到開采企業的重視。通過實驗得出，有關人員可以采用分離并阻隔爆震波、分散裝藥方式以及多段延時礦山爆破方式進行高邊坡的保護，避免邊坡失穩現象的出現，保障礦山開采工程的順利進行，促進開采企業的可持續發展。

[1]鐘龍.爆破震動作用下露天采場邊坡穩定性分析[D].遼寧科技大學,2014.

[2]袁強勇.試論礦山爆破開采對周圍地區建筑物的影響[J].山東工業技術,2017(1):108-108.