尹久清

(攀鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司石灰石礦， 四川 攀枝花市 617065)

隨著我國工業(yè)與基建設(shè)施的高速發(fā)展，露天礦山、高速公路、水利工程等涉及大量的邊坡、高陡邊坡的安全問題[1-3]。爆破開挖是以上工程施工的有效手段，但也帶來一系列的有害影響，尤以爆破振動對周圍環(huán)境、建構(gòu)筑物和工程本身的安全性影響最大[4-5]，因此需要針對不同工程的保護(hù)對象制定合理的爆破振動安全判據(jù)來指導(dǎo)爆破作業(yè)[6-8]。本文以布沼壩露天礦為例，針對西幫邊坡受荷出現(xiàn)垮塌事故，進(jìn)行爆破清方減載作業(yè)，為保證既有高邊坡的穩(wěn)定性，需對爆破施工過程進(jìn)行爆破振動監(jiān)測與計算，通過邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)計算值對比選定該邊坡的振動速度安全判據(jù)，為類似露天礦山到界高邊坡開采穩(wěn)定性控制提供參考方法。

1 工程地質(zhì)概況

布沼壩露天煤礦現(xiàn)已形成150～180 m深的大采場，臺階狀邊坡的總體坡角18°～26°，采場周圍各方向已基本到界，但已形成的西幫邊坡有F3、F6、F7三條構(gòu)造斷裂，其中F3斷層呈舒緩波狀，沿西幫邊坡近南北向展布，向西傾角50°，破碎帶寬25～28 m，主要由褐紅、褐黃色粘性土和灰?guī)r構(gòu)造角礫巖、碎裂巖組成，部分為粘土巖、炭質(zhì)粘土巖，膠結(jié)不緊密，屬松散巖體類別，該邊坡巖體物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 西幫邊坡巖體物理力學(xué)指標(biāo)

2 爆破方案設(shè)計

結(jié)合西幫邊坡成型臺階高度、施工進(jìn)度要求、最終標(biāo)高控制要求以及地形條件等因素綜合考慮，本次爆破臺階高度確定為H=10 m。國內(nèi)礦山超深h=0.5～3.6 m，這里前排取1.0 m，后排取0.5 m。各爆破參數(shù)按式（1）～式（5）進(jìn)行計算：

式中，L為垂直深孔孔深，m；H為臺階高度，m；h為孔超深。

式中，W1為底盤抵抗線，m；α為臺階坡面角，本工程一般為 65°～75°；B為從鉆孔中心到坡頂線的安全距離，本工程取B≥1.2 m，計算得到W1=4.0 m。

式中，a為炮孔間距，m；m指炮孔密集系數(shù)，這里取1.1；可得，a=4.5 m，多排孔起爆的排距b與孔網(wǎng)布置和起爆順序等因素有關(guān)，本工程取 b=4.0 m。

式中，l2為填塞長度，m；則l2=3.0 m。

單位炸藥消耗量受炸藥特性、巖石可爆性、自由面條件、起爆方式和塊度影響，可按巖石堅固性系數(shù)參照表2選取[9]。本工程考慮循環(huán)爆破效應(yīng)，巖石較松軟破碎，取q=0.35 kg/m3。

單孔裝藥量按 Q=q·a·W1·H （5）

則Q=63 kg。

表2 單位炸藥消耗量q值

采用毫秒延時起爆網(wǎng)路降低爆破振動對邊坡穩(wěn)定的擾動，選用非電導(dǎo)爆管起爆系統(tǒng)，導(dǎo)爆管、塑料反射四通套管連接元件和導(dǎo)爆管雷管連接見圖1。為保證孔內(nèi)2#巖石乳化炸藥可靠起爆及穩(wěn)定爆轟，每個炮孔放兩個起爆雷管?？變?nèi)采用9段310 ms、排間采用3段50 ms延期雷管，逐排起爆，網(wǎng)絡(luò)連接示意見圖2。主要爆破參數(shù)見表3。

圖1 導(dǎo)爆管-塑料四通連接示意

3 爆破振動監(jiān)測分析

爆破振動測試儀器采用TC-4850爆破測振儀及配套的速度傳感器，監(jiān)測時各測點須固定在基巖上[10]。

1#、2#、3#、4#、5#測點沿邊坡走向布置在不同平臺上，如圖3所示，由于篇幅有限，僅列出其中的8次爆破、3個測點的測試數(shù)據(jù)，爆破水平均為1150 m水平，見表4，爆源位置見圖3。

表4 爆破振動測試數(shù)據(jù)

圖3 西幫剖面振動測試點布置示意圖

爆破振動速度根據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2014）中薩道夫斯基經(jīng)驗公式計算：

式中，V為測點處的爆破振動速度；Q為最大一段起爆藥量，kg；R為測點至起爆中心距離，m；K、α均為與地形、地質(zhì)條件有關(guān)的衰減系數(shù)。

利用上式對表3中數(shù)據(jù)回歸分析計算得到：相關(guān)系數(shù)γ=0.89；衰減系數(shù)與指數(shù)K=238，α=1.93；邊坡質(zhì)點振動速度計算式為V=238(Q1/3/R)1.93，這里忽略了高程放大效應(yīng)。

4 邊坡爆破振動安全控制標(biāo)準(zhǔn)

邊坡體或其他建構(gòu)筑物對爆破振動的響應(yīng)受諸多因素有關(guān)，不同保護(hù)對象對爆破振動速度的安全閾值仍以學(xué)者實踐與統(tǒng)計分析獲得的經(jīng)驗值為主，目前國內(nèi)外多以質(zhì)點振動速度作為邊坡抗擾動能力的衡量標(biāo)準(zhǔn)。陳明、盧文波等[11]研究建議的爆破損傷質(zhì)點峰值振動速度判據(jù)如表5所示；韓光博士總結(jié)國內(nèi)外學(xué)者的研究成果，將礦山邊坡為斑巖、頁巖、石英質(zhì)中長巖結(jié)構(gòu)的質(zhì)點峰值振動速度臨界值列于表6。

本文研究選擇安全振動速度法評價爆破振動對邊坡穩(wěn)定性的影響，前期有關(guān)設(shè)計研究機(jī)構(gòu)分別用 Ordinary、Bishop、Janbu、Morgenstern-Price四種方法對西幫現(xiàn)狀邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)進(jìn)行了計算，結(jié)果列于表7。

表5 巖體爆破損傷質(zhì)點振動速度

表6 礦山邊坡質(zhì)點峰值振動速度臨界值 /(cm/s)

表8 現(xiàn)狀邊坡的穩(wěn)定系數(shù)計算

結(jié)合表6和表7，考慮爆破的累積損傷效應(yīng)，確定本論文所監(jiān)測以及計算剖面所對應(yīng)的坡腳處的最大允許振速是12 cm/s。從表3中的監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，質(zhì)點爆破振動速度均小于邊坡允許振速 12 cm/s，說明目前采用的爆破方案是可行的，按照該安全判據(jù)，可根據(jù)不同爆心距離反算一次爆破最大藥量，調(diào)整優(yōu)化爆破方案。

5 結(jié) 論

圍繞某礦山西幫的地形地質(zhì)特點，包括已經(jīng)出現(xiàn)的滑移帶、巖層結(jié)構(gòu)以及巖體強度特性，進(jìn)行了爆破方案設(shè)計，并對爆破振動數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測及統(tǒng)計分析。

（1）利用薩道夫斯基公式回歸分析得到布沼壩西幫邊坡質(zhì)點的爆破振動速度預(yù)測計算式為V=238(Q1/3/R)1.93。

（2）根據(jù)現(xiàn)有研究成果和礦山穩(wěn)定性系數(shù)確定了邊坡的安全允許振速12 cm/s，以此可優(yōu)化爆破方案，為類似礦山高邊坡穩(wěn)定性治理提供參考。