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(jìn)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(dòng)效應(yīng)，分析爆破振動(dòng)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(jìn)行了探討，以期推動(dòng)爆破技術(shù)在露天礦采礦作業(yè)中的安全運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：爆破；震動(dòng)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(shí)間越來越長，并且因?yàn)殚_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(yùn)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(dòng)效應(yīng)會(huì)破壞邊坡中巖石的內(nèi)聚力、抗壓強(qiáng)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(jìn)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(jìn)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(shí)間和結(jié)構(gòu)來進(jìn)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(shí)間來劃分，則可分成永久性和臨時(shí)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(jìn)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(huì)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(dòng)的邊坡，比如礦山非工作邦邊坡。

3 爆破的振動(dòng)效應(yīng)及其對露天礦邊坡的影響

3.1 爆破的振動(dòng)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(yùn)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(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，也正是這些因爆破技術(shù)運(yùn)用所引發(fā)的振動(dòng)，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(dòng)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(gè)部分，地震波的頻率在這三個(gè)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(jìn)地下，炸藥包被引爆后會(huì)產(chǎn)生沖擊波，借助巖土介質(zhì)實(shí)現(xiàn)傳播的彈性振動(dòng)波會(huì)導(dǎo)致巖石發(fā)生破裂，甚至還會(huì)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(dòng)強(qiáng)度可以使用運(yùn)動(dòng)物理量（介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)）來表示，如質(zhì)點(diǎn)發(fā)生的位移、移動(dòng)速度及加速度。爆破震動(dòng)的速度普遍被認(rèn)為是用來估量介質(zhì)受破壞的等級(jí)的最佳標(biāo)準(zhǔn)，這是因?yàn)樗短斓V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(dòng)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(qiáng)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(shí)產(chǎn)生的地震波對其邊坡的影響也越發(fā)顯著。從爆破時(shí)的應(yīng)力波作用、震動(dòng)荷載作用的角度出發(fā)，結(jié)合震動(dòng)相應(yīng)特征可對爆破給露天礦邊坡帶來的影響進(jìn)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(qiáng)度降低；在運(yùn)用爆破技術(shù)時(shí)，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(dòng)帶，進(jìn)一步弱化巖體的強(qiáng)度；此時(shí)若有地震波通過，就會(huì)容易造成破壞。其次，因?yàn)槿藗儗β短斓V的作業(yè)深度不斷增加，邊坡的暴露面積擴(kuò)大，在這樣的情況下實(shí)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(shí)帶來的動(dòng)荷載；此外，如果遭遇雨季，雨水會(huì)以滲進(jìn)巖體的方式再次弱化巖體強(qiáng)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(dòng)荷載作用會(huì)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(shí)，能使裂紋尖端開裂成微裂隙；而一般來說地震動(dòng)載荷作用的瞬時(shí)性，這些微裂隙容易在巖體的自重下被壓合。最后，因?yàn)榻M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(shí)傳播的地震波的能量，從而引發(fā)了自震動(dòng)，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(jiān)固；發(fā)生爆破時(shí)，地基向邊坡的巖體傳播動(dòng)荷載，進(jìn)而引發(fā)振動(dòng)，同時(shí)，邊坡的巖體性質(zhì)和振動(dòng)不均勻，振動(dòng)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(shí)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(yùn)用延時(shí)爆破技術(shù)和控制傳爆的方向這幾個(gè)方面的內(nèi)容。

炮孔超深是指超過臺(tái)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(tái)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(shí)，要做到合理使用大孔距小排距的爆破新技術(shù)，同時(shí)減少炮孔的超深，運(yùn)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(shí)，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(huì)增加作業(yè)的成本。延時(shí)爆破技術(shù)需要工作人員將總藥量進(jìn)行分組，而后按毫秒級(jí)的間隔依次爆破?？刂票品较虻淖龇ㄖ饕且勒针x被保護(hù)目標(biāo)由近到遠(yuǎn)的順序引爆裝藥點(diǎn)，以減輕爆破的破壞程度。預(yù)裂爆破是沿著設(shè)計(jì)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(jìn)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(shí)起爆這些預(yù)裂孔裝藥，就會(huì)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(jìn)行爆破時(shí)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(jìn)行分析，以保障露天礦采礦作業(yè)的安全性，同時(shí)保護(hù)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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