周育生

摘要：爆破開采是目前礦山開發(fā)的常見技術(shù)，但是對于經(jīng)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(jié)目前常用的爆破開挖分析方法，最后結(jié)合實(shí)例分析如何使用爆破高邊坡開挖技術(shù)。

關(guān)鍵詞：礦山爆破開采;高邊坡穩(wěn)定性;影響;研究

1 礦山爆破開采對邊坡穩(wěn)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(chǎn)生巨大的沖擊力，會導(dǎo)致邊坡出現(xiàn)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(xué)控制爆破強(qiáng)度，或者礦山邊坡高度和坡度設(shè)計(jì)不符合，受到爆破的強(qiáng)力沖擊之后就可能出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)或損壞的情況，甚至容易導(dǎo)致邊坡坍塌。所以在使用對礦山進(jìn)行爆破開采時，應(yīng)該注意礦山的設(shè)計(jì)和支護(hù)情況，分析當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件特征。

2 礦山爆破開挖邊坡穩(wěn)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(wěn)定性的影響，可以確定在爆破前后邊坡穩(wěn)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(shè)置在滑移體的質(zhì)量中心，以最不利于邊坡穩(wěn)定的方向作為加速度方向，之后通過進(jìn)行力學(xué)分析將動載荷轉(zhuǎn)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(shù)，技術(shù)人員進(jìn)而可以確定礦山爆破的參數(shù)。

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(shù)計(jì)算的數(shù)值解法，礦山被劃分為多個小結(jié)構(gòu)體，通過分析可以確定礦山的靜力荷載能力，以及應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系，是目前對邊坡穩(wěn)定性分析中一種比較理想的分析方法。針對不同工程地質(zhì)的邊坡，有限元分析法都能建立合適的模型完成數(shù)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(diǎn)，都能進(jìn)行礦山爆破荷載的精確計(jì)算，并且可以分析在受到荷載之后該點(diǎn)的影響，最終分析出爆破荷載所導(dǎo)致的總體應(yīng)力、應(yīng)變情況。

2.3 極限分析法

機(jī)械能分析法會使用塑性力學(xué)定研究礦山邊坡的穩(wěn)定的上限和下限，通過求解獲得靜態(tài)許可應(yīng)力能夠負(fù)載的荷載，并確定不能超過實(shí)際破壞負(fù)載的要求，要求礦山開發(fā)時，任何時候靜態(tài)許可應(yīng)力場都要滿足平衡方程以及相關(guān)邊界條件。上限定理要求破壞荷載應(yīng)該小于或者等于動態(tài)許可速度場的負(fù)載，對邊坡穩(wěn)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(guī)定，并使用平衡方程獲得安全系數(shù)，從而對邊坡平移破壞進(jìn)行求解[2]。如果在分析過程滑移體出現(xiàn)傾斜界面，可以將其分為幾個條柱，然后在三維條件下進(jìn)行極限分析，達(dá)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(chǔ)是抗滑安全系數(shù)，可以分析邊坡體受到荷載作用后，利用滑動面可以計(jì)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(shù)，通過計(jì)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(wěn)定性，計(jì)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(wěn)定狀態(tài)。利用邊界元法還可以研究邊坡內(nèi)部的應(yīng)力分布，再結(jié)合矢量和法分析，就可以獲得邊坡的安全系數(shù)。

3 爆破開挖對礦山高坡穩(wěn)定性影響分析實(shí)例

3.1工程概況

某砂石礦山為凝灰?guī)r，年產(chǎn)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(shè)計(jì)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(wěn)定性

該礦山經(jīng)過多年開采之后，邊坡逐漸升高，對礦山的開采已經(jīng)造成了影響。針對該礦山的其概況，建立了高邊坡的數(shù)值模型，研究了邊坡的二維穩(wěn)定性，通過分析，發(fā)現(xiàn)該高邊坡存在著兩條潛在的滑移路徑[3]。結(jié)合所建立模型，繼續(xù)分析了高邊坡在爆破下所受到的影響，實(shí)驗(yàn)中設(shè)置了三個爆源，對每個爆源設(shè)置三個監(jiān)測點(diǎn)，記錄監(jiān)測點(diǎn)和爆源的距離，以及爆孔的最大單段藥量。在高邊坡區(qū)域還設(shè)置了專門的檢測系統(tǒng)，對高邊坡垂直方向在爆破之后的頻率和峰值加速度進(jìn)行采集，為后續(xù)數(shù)據(jù)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(wěn)定性，經(jīng)過計(jì)算，兩處的抗穩(wěn)定安全系數(shù)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(wěn)定安全系數(shù)為1.24和1.14，說明在爆破情況下，安全系數(shù)明顯降低。對于擬靜力法和極限分析法對邊坡穩(wěn)定性的分析，爆破狀況下的安全系數(shù)明顯小于正常情況，選擇所有結(jié)果中安全系數(shù)最小的結(jié)果進(jìn)行分析，兩個邊坡的潛在滑面抗穩(wěn)定安全系數(shù)大于1，因此說明必邊坡依然處在穩(wěn)定狀態(tài)，滿足工程建設(shè)要求。

3.3邊坡穩(wěn)定性保障方法

通過以上分析，由于爆破開采，會導(dǎo)致邊坡穩(wěn)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(shù)人員應(yīng)該在高坡周圍的一定范圍設(shè)置破碎帶或者裂縫降低爆破震波的強(qiáng)度，避免震波直接作用于高坡影響邊坡的穩(wěn)定。

分散裝藥。實(shí)際礦山爆破開挖的工作中，只有在震動強(qiáng)度達(dá)到某一個固定值才能讓高邊坡真正失去穩(wěn)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(chǎn)生的不利影響。

4結(jié)語

對礦山進(jìn)行爆破開挖會影響高邊坡的穩(wěn)定性，所以使用爆破法施工時采礦企業(yè)應(yīng)該提高對邊坡支護(hù)穩(wěn)定性的重視。相關(guān)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(hù)，解決邊坡失穩(wěn)問題，為礦山工程順利開采創(chuàng)造良好條件。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄧敏.礦山爆破開采對礦山高邊坡穩(wěn)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(guān)問題的淺談[J].中國金屬通報，2018（05）：50-51.