爆破開采對礦山高邊坡穩定性的影響研究

周育生

摘要：爆破開采是目前礦山開發的常見技術，但是對于經過長期開采后擁有高邊坡的礦山而言，爆破開采會對安全性造成明顯的影響。本文分析了爆破對邊坡的危害，總結目前常用的爆破開挖分析方法，最后結合實例分析如何使用爆破高邊坡開挖技術。

關鍵詞：礦山爆破開采;高邊坡穩定性;影響;研究

1 礦山爆破開采對邊坡穩定性的影響

爆破開采是礦山開采的常用方式之一，但是爆破的過程中會產生巨大的沖擊力，會導致邊坡出現松動的問題[1]。如果礦山開挖過程中缺少有效的支撐，或者挖掘方法不合理，以及沒有科學控制爆破強度，或者礦山邊坡高度和坡度設計不符合，受到爆破的強力沖擊之后就可能出現邊坡失穩或損壞的情況，甚至容易導致邊坡坍塌。所以在使用對礦山進行爆破開采時，應該注意礦山的設計和支護情況，分析當地的地質條件特征。

2 礦山爆破開挖邊坡穩定性分析方法

2.1 擬靜力法

擬靜力法主要分析礦震作用對邊坡穩定性的影響，可以確定在爆破前后邊坡穩定性的變化情況。該方法的使用思路在于建立簡化的礦山爆破振動模型，將爆破的作用簡化為水平和豎直兩個方向的作用，分析振動對礦山的加速度影響，作用位置設置在滑移體的質量中心，以最不利于邊坡穩定的方向作為加速度方向，之后通過進行力學分析將動載荷轉換成礦山的有效靜載荷，之后使用極限平衡理論確定爆破荷載下礦山的安全系數，技術人員進而可以確定礦山爆破的參數。

2.2 動力有限元分析

動力有限元分析是一種對邊坡安全系數計算的數值解法，礦山被劃分為多個小結構體，通過分析可以確定礦山的靜力荷載能力，以及應力與應變之間的關系，是目前對邊坡穩定性分析中一種比較理想的分析方法。針對不同工程地質的邊坡，有限元分析法都能建立合適的模型完成數值分析工作，在利用有限元分析模型時，既可以采取線型分析的方式，也可以采用非線性分析方法。分析過程中，對邊坡模型中的任一點，都能進行礦山爆破荷載的精確計算，并且可以分析在受到荷載之后該點的影響，最終分析出爆破荷載所導致的總體應力、應變情況。

2.3 極限分析法

機械能分析法會使用塑性力學定研究礦山邊坡的穩定的上限和下限，通過求解獲得靜態許可應力能夠負載的荷載，并確定不能超過實際破壞負載的要求，要求礦山開發時，任何時候靜態許可應力場都要滿足平衡方程以及相關邊界條件。上限定理要求破壞荷載應該小于或者等于動態許可速度場的負載，對邊坡穩定性的分析工作中，可以使用極限分析法將礦山的滑動體分成不同條塊，對條塊的位移場做出明確規定，并使用平衡方程獲得安全系數，從而對邊坡平移破壞進行求解[2]。如果在分析過程滑移體出現傾斜界面，可以將其分為幾個條柱，然后在三維條件下進行極限分析，達到控制分析誤差的目的。

2.4 三維矢量和法

三維矢量和法的分析基礎是抗滑安全系數，可以分析邊坡體受到荷載作用后，利用滑動面可以計算出極限抗滑力和滑動面間滑動力的比值，確定抗滑安全系數，通過計算矢量和獲得力的總和。利用矢量和法，可以研究邊坡動力的穩定性，計算分析獲得邊坡振動中存在的動力特征，從而明確邊坡的穩定狀態。利用邊界元法還可以研究邊坡內部的應力分布，再結合矢量和法分析，就可以獲得邊坡的安全系數。

3 爆破開挖對礦山高坡穩定性影響分析實例

3.1工程概況

某砂石礦山為凝灰巖，年產量1200萬噸，采用臺階爆破方法開采，臺階高度15m，工作臺階坡面角75°，設計確定終了臺階坡面角為53°，最終幫坡角44°，邊坡高差250m。

3.2邊坡穩定性

該礦山經過多年開采之后，邊坡逐漸升高，對礦山的開采已經造成了影響。針對該礦山的其概況，建立了高邊坡的數值模型，研究了邊坡的二維穩定性，通過分析，發現該高邊坡存在著兩條潛在的滑移路徑[3]。結合所建立模型，繼續分析了高邊坡在爆破下所受到的影響，實驗中設置了三個爆源，對每個爆源設置三個監測點，記錄監測點和爆源的距離，以及爆孔的最大單段藥量。在高邊坡區域還設置了專門的檢測系統，對高邊坡垂直方向在爆破之后的頻率和峰值加速度進行采集，為后續數據分析工作提供支持。之后使用二維矢量法展開分析工作，研究靜載荷狀況下礦山高坡的穩定性，經過計算，兩處的抗穩定安全系數分別為1.44和1.20 ，礦山爆破作用下，兩處邊坡潛在滑面抗穩定安全系數為1.24和1.14，說明在爆破情況下，安全系數明顯降低。對于擬靜力法和極限分析法對邊坡穩定性的分析，爆破狀況下的安全系數明顯小于正常情況，選擇所有結果中安全系數最小的結果進行分析，兩個邊坡的潛在滑面抗穩定安全系數大于1，因此說明必邊坡依然處在穩定狀態，滿足工程建設要求。

3.3邊坡穩定性保障方法

通過以上分析，由于爆破開采，會導致邊坡穩定性受到一定的影響，所以需要采取一行措施有效控制爆破對高坡的影響。目前有控制震源能量和控制礦震波傳播兩種思路，主要有以下集中具體方式：

分離阻隔爆震波。阻隔爆震波是一個從過程降低振動的方式，通過吸收波振動的能量，避免高坡受到影響。技術人員應該在高坡周圍的一定范圍設置破碎帶或者裂縫降低爆破震波的強度，避免震波直接作用于高坡影響邊坡的穩定。

分散裝藥。實際礦山爆破開挖的工作中，只有在震動強度達到某一個固定值才能讓高邊坡真正失去穩定性。因此，可以通過分散裝藥的方式避免爆炸的能量過于集中，從而降低震源能量有效控制開挖對高邊坡產生的不利影響。

4結語

對礦山進行爆破開挖會影響高邊坡的穩定性，所以使用爆破法施工時采礦企業應該提高對邊坡支護穩定性的重視。相關人員可以使用分離阻隔爆震波，分散填裝炸藥，多段演示礦山爆破的方式降低對邊坡的影響，提升對邊坡的防護，解決邊坡失穩問題，為礦山工程順利開采創造良好條件。

參考文獻：

[1]鄧敏.礦山爆破開采對礦山高邊坡穩定性的影響研究[J].世界有色金屬，2018（07）：216-217.

[2]張博瀟.礦山爆破開采相關問題的淺談[J].中國金屬通報，2018（05）：50-51.