黃志堅(jiān),張紹江,李永利,楊明東(南京安吉特礦山工程有限公司,江蘇 南京211100)

1 前言

露天礦山在爆破過(guò)程中勢(shì)必會(huì)給邊坡穩(wěn)定性造成影響,特別是邊坡處于巖溶發(fā)育區(qū)時(shí)更容易造成邊坡失穩(wěn)[1]。爆破對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響主要體現(xiàn)在以下方面[2-3]:爆破振動(dòng)形成的慣性力作用到邊坡上會(huì)降低邊坡穩(wěn)定性;反復(fù)爆破產(chǎn)生的振動(dòng)沖擊會(huì)使得邊坡原有的裂隙擴(kuò)展或者形成新的次生裂隙,降低邊坡巖體強(qiáng)度及穩(wěn)定性。因此,根據(jù)礦山采場(chǎng)邊坡特點(diǎn),合理的制定爆破技術(shù)方案對(duì)確保邊坡穩(wěn)定具有重要意義。文中以某露天灰?guī)r礦山為研究對(duì)象,對(duì)爆破振動(dòng)測(cè)試、爆破振動(dòng)傳播規(guī)律及爆破對(duì)邊坡影響等內(nèi)容進(jìn)行分析,以期能在一定程度上提升礦山采場(chǎng)安全生產(chǎn)保障能力。

2 露天灰?guī)r礦采場(chǎng)概況

某露天灰?guī)r礦山為山坡露天礦,采用自上而下水平分層法開(kāi)采,開(kāi)采標(biāo)高+30～+235m,臺(tái)段高15m。礦山地質(zhì)條件較為復(fù)雜,地層古老,地質(zhì)變化較大,礦區(qū)范圍內(nèi)斷層較多,局部巖溶發(fā)育,對(duì)礦體連續(xù)性破壞嚴(yán)重。

礦區(qū)內(nèi)地層主要由震旦系上統(tǒng)黃墟組上段(Z2h2)上中下三層、燈影組下段(Z3d1)和第四系全新統(tǒng)(Q4)組成。礦區(qū)內(nèi)巖溶形態(tài)以裂隙、裂隙式溶洞為主,主要發(fā)育的巖溶裂隙面產(chǎn)狀為走向100°～165°,傾角53°～87°;主要發(fā)育節(jié)理面產(chǎn)狀走向90°～115°,傾角59°～63°和走向180°～186°,傾角74°～85°;巖溶裂隙均充填紅色黏土,節(jié)理面一般平直光滑,延伸2～5m。從礦區(qū)內(nèi)采場(chǎng)邊坡調(diào)查看,局部可見(jiàn)巖溶裂隙面,在坡腳臨空和后期爆破擾動(dòng)時(shí),易產(chǎn)生崩落和滑動(dòng)等不穩(wěn)定現(xiàn)象。

3 爆破振動(dòng)測(cè)試

3.1 爆破振動(dòng)影響分析

為保證在爆破過(guò)程中不因采場(chǎng)東幫+130～+145m 巖溶裂隙、節(jié)理面的影響,保證爆破過(guò)程中邊坡的安全與穩(wěn)定,將爆堆堆至標(biāo)高+130m 后,根據(jù)持續(xù)變形監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)分析表明該邊坡現(xiàn)處于穩(wěn)定狀態(tài)。但是巖溶區(qū)域內(nèi)的邊坡體結(jié)構(gòu)較為松散,豎向沉降變形趨穩(wěn)的過(guò)程中受爆破振動(dòng)影響較大,爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)須相應(yīng)提高。根據(jù)《爆破安全規(guī)程》和《滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》相關(guān)要求,結(jié)合實(shí)際現(xiàn)況,將爆破影響區(qū)域的抗震設(shè)防烈度設(shè)置為不大于7 度[4],設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g,永久性巖石高邊坡的安全允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度為5～9cm/s(頻率5～9Hz)。

3.2 爆破振動(dòng)測(cè)點(diǎn)布置

爆破區(qū)域主要+130～+145m 水平臺(tái)階,根據(jù)生產(chǎn)擾動(dòng)對(duì)臺(tái)階的影響程度,主要布置1 條測(cè)線,以臺(tái)階一點(diǎn)為參考點(diǎn)。

3.3 測(cè)試結(jié)果

對(duì)特征位置進(jìn)行了41 次測(cè)試,具體在兩條測(cè)線上得到的有效監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 爆破振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

3.4 爆破振動(dòng)薩道夫斯基公式K、α 的選取

爆破振動(dòng)波在傳播和衰減過(guò)程中,受到多種復(fù)雜因素的影響?！侗瓢踩?guī)程》(GB 6722—2014)列出了K 和α 的可供選擇值,也可通過(guò)類似工程選取或現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。爆區(qū)不同巖性K 和α 的選取值見(jiàn)表2[5]。

表2 爆區(qū)不同巖性K 和α 的選取值

3.5 爆破振動(dòng)典型波形圖

爆破振動(dòng)測(cè)試的典型波形如圖1所示。爆破振動(dòng)的最大峰值波速為水平徑向波速,速度為0.241cm/s,最小峰值波速為垂直波速,波速為0.138cm/s,并且爆破振動(dòng)波速變化在1.52s 時(shí)速度變化趨于0。

4 露天灰?guī)r礦采場(chǎng)爆破振動(dòng)傳播規(guī)律

4.1 爆破振動(dòng)影響因素

影響爆破振動(dòng)主要因素有以下方面[6]:

(1)爆源。爆源決定爆破能量的產(chǎn)生,不同裝藥量、結(jié)構(gòu)、種類,爆破振動(dòng)也不同。

(2)與爆源的距離。巖石邊坡爆破振動(dòng)強(qiáng)度會(huì)隨著距離的增加而呈指數(shù)衰減。

(3)地形、地貌條件。邊坡的坡度、高度等邊坡形狀參數(shù)會(huì)影響爆破振動(dòng)的傳播。

(4)巖體節(jié)理、裂隙發(fā)育程度。爆破振動(dòng)在的巖石中傳播其高頻成分衰減損失小,在松散的巖石中高頻成分損失較多。

4.2 邊坡地形對(duì)爆破振動(dòng)的影響

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的數(shù)據(jù),采用薩道夫斯基公式回歸計(jì)算分析,得出以ln(Q1/3/R)為橫坐標(biāo),lnv為縱坐標(biāo)的回歸直線,并得出各測(cè)線方向爆破振動(dòng)衰減規(guī)律的薩道夫斯基公式[7]。由于+145m 平臺(tái)位與巖溶波及影響區(qū)域,采用+130m 平臺(tái)的爆破振衰減規(guī)律進(jìn)行分析,對(duì)于邊坡穩(wěn)定性分析更具有說(shuō)服力。

+130m 平臺(tái)測(cè)試數(shù)據(jù)采用薩道夫斯基公式進(jìn)行回歸分析,回歸曲線如圖2所示(回歸系數(shù)r2=0.919),得到的同一水平方向的爆破振動(dòng)衰減公式為[8]

其中,K=236.5,α=1.531。

由圖3看出,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的爆破振動(dòng)合速度與采用+145m 平臺(tái)爆破振動(dòng)衰減公式計(jì)算得到的合速度基本一致,整體來(lái)看前者稍大于后者,即相同距離、相同藥量條件下,考慮高程時(shí)測(cè)得的爆破振動(dòng)速度大于未考慮高程下的同水平爆破振動(dòng)速度,說(shuō)明隨著高程的增加,爆破振動(dòng)速度呈增大現(xiàn)象,即當(dāng)前普遍共識(shí)的爆破振動(dòng)高程放大效應(yīng)。

圖1 爆破振動(dòng)波形圖

圖2 +130m 平臺(tái)爆破振動(dòng)衰減回歸曲線圖

圖3 邊爆破振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)與回歸數(shù)據(jù)對(duì)比圖

5 結(jié)論

(1)本次爆破需采用的滑坡體下緣范圍為壓坡前+130～+145m 邊坡坡底線。依據(jù)應(yīng)急處置期間各個(gè)方向測(cè)振數(shù)據(jù)獲得的爆破振動(dòng)傳播規(guī)律,溶洞及巖溶區(qū)域按抗震設(shè)防烈度不大于7 度考慮,安全允許的爆破振動(dòng)速度取5cm/s。

(2)對(duì)溶洞及巖溶所涉及區(qū)域爆破過(guò)程中適當(dāng)降低爆破強(qiáng)度。待溶洞及巖溶區(qū)域勘察詳細(xì)后,再根據(jù)實(shí)際情況選取其安全允許振動(dòng)速度,并調(diào)整爆破方案、參數(shù)及爆破作業(yè)區(qū)范圍,并限制該保護(hù)目標(biāo)附近爆破最大一段藥量控制在360kg 以內(nèi),總藥量控制在7 000kg 以內(nèi)。