雷丁丁

（中鐵建銅冠投資有限公司）

露天采礦生產(chǎn)作業(yè)中，爆破是主要工藝之一，而頻繁的爆破振動(dòng)對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響較大。一般來說，其影響主要表現(xiàn)在2 個(gè)方面［1-2］：一是爆破振動(dòng)不斷地作用在邊坡巖體上，使巖體產(chǎn)生損傷，巖體原生節(jié)理逐漸擴(kuò)大，破壞了巖體的完整度，使得邊坡巖體強(qiáng)度降低，導(dǎo)致形成后沖破裂、頂部裂縫、表面巖石松動(dòng)、掉塊等典型破壞；二是爆破振動(dòng)引起的慣性力增加了邊坡下滑力，降低了邊坡的安全系數(shù)，最終導(dǎo)致邊坡滑塌、垮落。國內(nèi)學(xué)者在爆破振動(dòng)對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響方面做了許多研究。李祥龍等［3］針對(duì)爆破振動(dòng)對(duì)邊坡作用機(jī)理，引入了爆破振動(dòng)的動(dòng)力效應(yīng)；劉禮福等［4］利用邊坡巖體動(dòng)態(tài)應(yīng)力比系數(shù)對(duì)某礦露天采場進(jìn)行了穩(wěn)定性分析；陳明等［5］提出了邊坡極限平衡分析的等效加速度計(jì)算方法，用來分析爆破振動(dòng)對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。

本文以現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，通過研究爆破產(chǎn)生的地震波傳播規(guī)律，從而確定爆破振動(dòng)對(duì)邊坡的影響程度，提出了臨近邊坡爆破的最大段藥量；通過動(dòng)態(tài)應(yīng)力比以及等效加速度計(jì)算方法，確定爆破振動(dòng)對(duì)米拉多銅礦邊坡巖體以及整體邊坡穩(wěn)定性的影響，為邊坡防護(hù)提供依據(jù)。

1 礦山概述

米拉多銅礦位于厄瓜多爾東南部的薩莫拉欽奇佩省，距離首都基多市約340 km。米拉多銅礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模2 000萬t/a，礦山總服務(wù)年限30 a，最高開采標(biāo)高1 680 m，最低開采標(biāo)高705 m，邊坡最高975 m，并段臺(tái)階高度30 m，臺(tái)階坡面角65°，最終邊坡角37.3°～44.1°。采場范圍內(nèi)沒有大的斷層，結(jié)構(gòu)面以Ⅳ級(jí)為主，對(duì)整體邊坡穩(wěn)定性影響較小。組成邊坡的巖體以花崗閃長斑巖、花崗閃長巖、角礫巖為主，邊坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型為碎裂巖體邊坡、塊狀巖體邊坡，花崗閃長斑巖以Ⅳ級(jí)為主，角礫巖以Ⅲ級(jí)為主，花崗閃長巖以Ⅱ級(jí)為主。

2 爆破振動(dòng)測試及分析

爆破振動(dòng)參數(shù)采用高精度NUBOX-8016 型爆破振動(dòng)智能監(jiān)測儀測試，根據(jù)現(xiàn)場生成爆破的實(shí)際情況，測點(diǎn)的布置采用固定測線法。

由于生產(chǎn)爆破集中在+1 220～+1 290 m 臺(tái)階，此區(qū)域分布有花崗閃長巖、角礫巖、花崗閃長斑巖，并組成終了邊坡的主要巖性，選擇在此區(qū)域進(jìn)行爆破振動(dòng)監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)。爆破振動(dòng)測點(diǎn)的布置形式如圖1所示。

爆破振動(dòng)速度采用薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行回歸分析計(jì)算［6］：

式中，R為爆心距，m；Q為炸藥量，齊發(fā)爆破為總藥量，延時(shí)爆破為最大單段藥量，kg；V為爆破振動(dòng)速度，cm/s；K，α為與爆破點(diǎn)至保護(hù)對(duì)象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定。

現(xiàn)場實(shí)測爆破振動(dòng)數(shù)據(jù)見表1（以花崗閃長斑巖為例）。對(duì)爆破振動(dòng)速度、最大段藥量、爆心距依據(jù)式（1）進(jìn)行擬合，見圖2，K、α，振動(dòng)回歸參數(shù)見表2。

3 爆破振動(dòng)對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響分析

爆破振動(dòng)對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響體現(xiàn)在對(duì)邊坡巖體以及邊坡整體穩(wěn)定性2個(gè)方面，工程上常通過爆破振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)速度進(jìn)行判斷以及控制。因此，可以通過爆破振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)速度、DSR對(duì)應(yīng)的巖體破壞特征以及安全系數(shù)來分析爆破振動(dòng)對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。

3.1 爆破振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)速度控制

在整個(gè)露天礦山生產(chǎn)期間，爆破作業(yè)不斷，邊坡受爆破作用影響更大。為最大限度減少爆破振動(dòng)對(duì)邊坡巖體的損傷，國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)［7］以靠幫邊坡爆破振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)不大于24 cm/s 作為限定，并且采取控制爆破方法。為保證靠幫邊坡最大振動(dòng)速度不超過限定速度，根據(jù)米拉多銅礦露天采場不同巖體的爆破振動(dòng)速度衰減規(guī)律，確定臨近邊坡及靠幫爆破的允許藥量以及控制爆破方法，見表3。

由表3可知：

（1）為滿足臨近邊坡質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度不大于24 cm/s的要求，Ⅳ級(jí)花崗閃長斑巖最大段藥量遠(yuǎn)小于Ⅲ級(jí)角礫巖、Ⅱ級(jí)花崗閃長巖。

（2）距離邊坡15～20 m 時(shí)，Ⅲ級(jí)角礫巖、Ⅱ級(jí)花崗閃長巖最大段藥量有所不同。20～25 m、25～30 m 時(shí)，Ⅲ級(jí)角礫巖、Ⅱ級(jí)花崗閃長巖最大段藥量相同。

（3）Ⅲ級(jí)角礫巖、Ⅱ級(jí)花崗閃長巖臨近邊坡時(shí)最大段藥量相近，與Ⅳ級(jí)花崗閃長斑巖相差甚遠(yuǎn)，與其爆破振動(dòng)速度衰減規(guī)律相關(guān)。

3.2 爆破振動(dòng)影響下巖體破壞特征

爆破振動(dòng)速度對(duì)巖體穩(wěn)定產(chǎn)生的影響不僅與巖石本身強(qiáng)度相關(guān)，而且與巖石周圍工程地質(zhì)因素有關(guān)。文獻(xiàn)［4］引入了動(dòng)態(tài)應(yīng)力比DSR來描述爆破振動(dòng)對(duì)邊坡巖體的影響，其原理如下：

式中，σD為爆破在巖體產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)應(yīng)力，Pa；k為巖體質(zhì)量指標(biāo)，即RQD值；σt為巖體動(dòng)態(tài)抗拉強(qiáng)度，MPa；ρ為巖體密度，kg/m3；c為巖體彈性縱波速，m/s。

DSR可以表征爆破振動(dòng)引起的巖體損傷程度和破壞的類型，見表4［4］。

米拉多銅礦邊坡巖體主要由Ⅳ級(jí)花崗閃長斑巖、Ⅲ級(jí)角礫巖、Ⅱ級(jí)花崗閃長巖組成，其與動(dòng)態(tài)應(yīng)力比有關(guān)的巖體力學(xué)參數(shù)見表5。

根據(jù)表3，Ⅳ級(jí)花崗閃長斑巖、Ⅲ級(jí)角礫巖、Ⅱ級(jí)花崗閃長巖爆破最大振動(dòng)速度為22.17、23.43、23.65 cm/s，結(jié)合表5 巖體力學(xué)參數(shù)，根據(jù)式（2）可計(jì)算得DSR，對(duì)比表4，米拉多銅礦邊坡巖體破壞特征見表6。

由上述可知：①爆破振動(dòng)作用下，Ⅳ類巖體花崗閃長斑巖邊坡巖體出現(xiàn)崩塌、掉塊現(xiàn)象概率極大；②爆破振動(dòng)作用下，Ⅲ級(jí)角礫巖、Ⅱ級(jí)花崗閃長巖邊坡巖體出現(xiàn)無損傷破壞現(xiàn)象；③爆破振動(dòng)對(duì)邊坡巖體的影響，與爆破振動(dòng)速度、巖體性質(zhì)相關(guān)。

3.3 爆破振動(dòng)影響下邊坡整體穩(wěn)定性等效加速度分析

根據(jù)上文分析，爆破振動(dòng)對(duì)米拉多銅礦花崗閃長斑巖邊坡具有破壞效應(yīng)，為確定其對(duì)邊坡整體穩(wěn)定性的影響，本節(jié)采用等效加速度的方法進(jìn)行分析，可按下式［5］計(jì)算：

式中，a為等效加速度；b為等效加速度的頻率影響系數(shù)，取1.05～1.20，頻率高時(shí)取大值；f，af分別為振動(dòng)頻率和加速度，為現(xiàn)場實(shí)測值。

根據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)［7］，爆破振動(dòng)加速度與速度的關(guān)系如下：

臨近花崗閃長斑巖邊坡時(shí)，最大爆破振動(dòng)22.17 cm/s，頻率f取17.7 Hz，b取1.1，則米拉多銅礦花崗閃長斑巖邊坡的等效加速度為1.05 m/s2，擬靜力法爆破綜合系數(shù)為0.027。經(jīng)過計(jì)算，米拉多銅礦花崗閃長斑巖邊坡整體安全系數(shù)為1.223，大于規(guī)范［7］規(guī)定的1.18，邊坡整體穩(wěn)定。爆破振動(dòng)對(duì)米拉多銅礦花崗閃長斑巖邊坡巖體具有破壞效應(yīng)，會(huì)出現(xiàn)崩塌、掉塊現(xiàn)象，對(duì)邊坡整體無影響。

4 結(jié)論

（1）為滿足臨近邊坡質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的要求，Ⅳ級(jí)花崗閃長斑巖最大段藥量遠(yuǎn)小于Ⅲ級(jí)角礫巖、Ⅱ級(jí)花崗閃長巖；Ⅲ級(jí)角礫巖、Ⅱ級(jí)花崗閃長巖最大段藥量相近；與各巖體爆破振動(dòng)速度衰減規(guī)律相關(guān)。

（2）爆破振動(dòng)作用下，Ⅳ類巖體花崗閃長斑巖邊坡巖體出現(xiàn)崩塌、掉塊現(xiàn)象概率極大；Ⅲ級(jí)角礫巖、Ⅱ級(jí)花崗閃長巖邊坡巖體出現(xiàn)無損傷破壞現(xiàn)象；爆破振動(dòng)對(duì)邊坡巖體的影響，與爆破振動(dòng)速度、巖體性質(zhì)相關(guān)。

（3）爆破振動(dòng)對(duì)米拉多銅礦花崗閃長斑巖邊坡巖體具有小規(guī)模的破壞效應(yīng)，對(duì)邊坡整體無影響；在生產(chǎn)過程中，以防護(hù)花崗閃長斑巖邊坡巖體崩塌、掉塊為主。