爆破對露天礦邊坡的影響分析

萬紅毅

摘 要：圍繞對露天礦坑邊坡穩(wěn)定性造成威脅的采礦爆破進行分析，闡述露天礦的邊坡類型和邊坡的穩(wěn)定性概念，介紹爆破產(chǎn)生的振動效應(yīng)，分析爆破振動效應(yīng)給礦坑邊坡帶來的影響，并對減震技術(shù)在采礦過程中的應(yīng)用進行了探討，以期推動爆破技術(shù)在露天礦采礦作業(yè)中的安全運用。

關(guān)鍵詞：爆破；震動效應(yīng)；露天礦邊坡；影響

1 概述

露天的礦坑邊坡是造成采礦安全問題的重要因素之一，目前露天礦坑邊坡的暴露時間越來越長，并且因為開采深度加深，其不穩(wěn)定性也愈顯突出，而采礦作業(yè)不可避免地需要運用到爆破技術(shù)，這使得礦坑邊坡的穩(wěn)定性受到更大的威脅。爆破產(chǎn)生的振動效應(yīng)會破壞邊坡中巖石的內(nèi)聚力、抗壓強度以及內(nèi)摩擦角等等關(guān)系著礦坑邊坡穩(wěn)定的因素的原本結(jié)構(gòu)，進而帶來安全問題。文章將針對在露天礦采礦過程中使用爆破技術(shù)對礦坑邊坡產(chǎn)生的影響進行分析。

2 邊坡類型及穩(wěn)定性的概念

2.1 邊坡類型

露天礦的邊坡類型可以根據(jù)其巖質(zhì)、保存時間和結(jié)構(gòu)來進行劃分。按照露天礦巖質(zhì)可將其分為巖質(zhì)邊坡、土巖組合邊坡和土質(zhì)邊坡；根據(jù)其保存時間來劃分，則可分成永久性和臨時性兩種類型的邊坡；而據(jù)其結(jié)構(gòu)又可區(qū)分為層狀結(jié)構(gòu)和塊狀結(jié)構(gòu)這兩種類型。

2.2 邊坡穩(wěn)定性的概念

不同類型的露天礦邊坡對穩(wěn)定性的要求都是不同的，它們之間存在著一些或大或小的差別，因此，對于露天礦邊坡穩(wěn)定性要求，只能從大體上進行劃分。在采礦作業(yè)中，對于露天礦邊坡的穩(wěn)定性的要求大概可以分成三種，一是邊坡的變形量必須在工程允許的范圍之內(nèi)，諸如高壓管道和土木木工程之類的邊坡；二是如果需要邊坡作出較大的變形，要將變形嚴(yán)格控制在不會對工程的效用造成妨礙的條件范圍內(nèi)，此外破壞的邊坡是不被允許的，例如渠道邊坡這一類型；三是不能出現(xiàn)滑動的邊坡，比如礦山非工作邦邊坡。

3 爆破的振動效應(yīng)及其對露天礦邊坡的影響

3.1 爆破的振動效應(yīng)

爆破技術(shù)的發(fā)展給采礦作業(yè)帶來了巨大的便利，卻也造成了一些安全問題。如今爆破技術(shù)被廣泛運用到采礦作業(yè)當(dāng)中，它對礦坑周邊環(huán)境的影響也越發(fā)為人們所關(guān)注，露天礦邊坡的穩(wěn)定性相當(dāng)容易受到影響；爆破會產(chǎn)生振動，也正是這些因爆破技術(shù)運用所引發(fā)的振動，使露天礦邊坡失去了原有的穩(wěn)定性。

地震波的理論屬于彈性動力學(xué)，爆破產(chǎn)生的地震波可以分為初至波、主震相和尾震段三個部分，地震波的頻率在這三個過程中依次降低，振幅經(jīng)歷了由小到大，再降到最低的過程。其中，主震相階段是產(chǎn)生地震的最主要的階段。

采礦作業(yè)中，工作人員將炸藥包裝進地下，炸藥包被引爆后會產(chǎn)生沖擊波，借助巖土介質(zhì)實現(xiàn)傳播的彈性振動波會導(dǎo)致巖石發(fā)生破裂，甚至還會造成巖石的裂隙和內(nèi)節(jié)理出現(xiàn)移位或變形的情況。一般情況下，爆破的震動強度可以使用運動物理量（介質(zhì)質(zhì)點）來表示，如質(zhì)點發(fā)生的位移、移動速度及加速度。爆破震動的速度普遍被認(rèn)為是用來估量介質(zhì)受破壞的等級的最佳標(biāo)準(zhǔn)，這是因為它同露天礦邊坡巖體的穩(wěn)定性間的對應(yīng)關(guān)系較為統(tǒng)一。

3.2 爆破的振動效應(yīng)對露天礦邊坡的影響

近年來人們對露天礦的開采強度不斷增加，爆破技術(shù)的使用也愈加頻繁，加上露天礦的邊坡穩(wěn)定性深受開挖地區(qū)的巖石結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和節(jié)理等因素的影響，所以爆破時產(chǎn)生的地震波對其邊坡的影響也越發(fā)顯著。從爆破時的應(yīng)力波作用、震動荷載作用的角度出發(fā)，結(jié)合震動相應(yīng)特征可對爆破給露天礦邊坡帶來的影響進行分析。

首先，露天礦邊坡的巖體存在節(jié)理裂隙和斷層這類相對脆弱的結(jié)構(gòu)面，這使邊坡的強度降低；在運用爆破技術(shù)時，爆破的應(yīng)力波不斷壓縮和拉伸，致使在和炮孔相距一百至一百五十米范圍內(nèi)的巖體出現(xiàn)松動帶，進一步弱化巖體的強度；此時若有地震波通過，就會容易造成破壞。其次，因為人們對露天礦的作業(yè)深度不斷增加，邊坡的暴露面積擴大，在這樣的情況下實施爆破，巖體的脆弱結(jié)構(gòu)不得不能承受爆破造成的地震波通過時帶來的動荷載；此外，如果遭遇雨季，雨水會以滲進巖體的方式再次弱化巖體強度，最終引起邊坡受損。再次，在邊坡的巖體中通常存在許多程度不一的裂縫，爆破的震動荷載作用會在靠近張開的裂紋尖端的地方造成不小的集中應(yīng)力，如果這些應(yīng)力達(dá)到足以破壞巖體的大小時，能使裂紋尖端開裂成微裂隙；而一般來說地震動載荷作用的瞬時性，這些微裂隙容易在巖體的自重下被壓合。最后，因為組成介質(zhì)的巖體中的松散及結(jié)構(gòu)面吸收了大量爆破時傳播的地震波的能量，從而引發(fā)了自震動，在保證不受宏觀破壞限度的前提下，松散的介質(zhì)和結(jié)構(gòu)的弱面被弱化，不如原始的狀態(tài)堅固；發(fā)生爆破時，地基向邊坡的巖體傳播動荷載，進而引發(fā)振動，同時，邊坡的巖體性質(zhì)和振動不均勻，振動也不具有連續(xù)性，使得巖體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)體出現(xiàn)了位移現(xiàn)象。

4 減震預(yù)裂爆破技術(shù)在露天礦開采中的應(yīng)用

為減輕在開采露天礦時使用爆破技術(shù)對高陡邊坡帶來的危害，需要我礦借用減震預(yù)裂爆破技術(shù)的力量。合理使用減震預(yù)裂爆破技術(shù)，能夠有效降低因爆破產(chǎn)生的地震效應(yīng)。減震預(yù)裂爆破技術(shù)包括合理確定炮孔超深、選取適當(dāng)?shù)木W(wǎng)孔參數(shù)、改變裝藥的結(jié)構(gòu)、科學(xué)運用延時爆破技術(shù)和控制傳爆的方向這幾個方面的內(nèi)容。

炮孔超深是指超過臺階的底盤標(biāo)高的炮孔深度，根據(jù)巖石的松軟程度確定炮孔超深，可以使臺階底盤巖石上的夾制作用得到有效解決。在選擇網(wǎng)孔的參數(shù)時，要做到合理使用大孔距小排距的爆破新技術(shù)，同時減少炮孔的超深，運用孔內(nèi)間隔填裝炸藥的方法，科學(xué)安排中、深孔的孔口堵塞長度，避免孔口的藥量過于集中，并且把炮孔的密集系數(shù)控制在大于1的范圍內(nèi)。裝藥時，采用不藕合裝藥的方式也可以降低由爆破引起的地震效應(yīng)，不過這種裝藥方式會增加作業(yè)的成本。延時爆破技術(shù)需要工作人員將總藥量進行分組，而后按毫秒級的間隔依次爆破?？刂票品较虻淖龇ㄖ饕且勒针x被保護目標(biāo)由近到遠(yuǎn)的順序引爆裝藥點，以減輕爆破的破壞程度。預(yù)裂爆破是沿著設(shè)計輪廓線布置減小孔距的密集炮孔作為預(yù)裂孔，對這些預(yù)裂孔進行減小裝藥量的不偶合裝藥，在開挖區(qū)主爆孔爆破前，同時起爆這些預(yù)裂孔裝藥，就會在主爆區(qū)與保留區(qū)邊坡巖體之間，沿預(yù)裂孔中心線形成預(yù)裂縫，將開挖主爆區(qū)與保留區(qū)邊坡巖體隔離開，使主爆區(qū)后來進行爆破時產(chǎn)生的應(yīng)力波在預(yù)裂縫面上發(fā)生反射和折射，阻止主爆區(qū)的裂縫向保留區(qū)發(fā)展，減弱主爆區(qū)的爆破對保留巖體的破壞，使保留區(qū)巖石沿預(yù)定輪廓線留下光滑平整的巖壁，以確保邊坡的穩(wěn)定。

5 結(jié)束語

爆破是影響露天礦邊坡穩(wěn)定的重要原因之一，要有效減少爆破所帶來的負(fù)面影響，需要對此多加重視并有針對性地進行分析，以保障露天礦采礦作業(yè)的安全性，同時保護自然環(huán)境，避免因采礦爆破引發(fā)的自然災(zāi)害發(fā)生。

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