包钢（集团）公司白云鄂博铁矿 内蒙古包头 014080
摘要：随着我国经济水平的提升，对矿产资源的需求也在逐渐的增加，导致爆破作业频率与单段药量也在不断的增加，其对矿山安全有着较大的影响。根据上述背景，提出露天矿山爆破对矿山安全的影响分析研究。主要从四个方面分析爆破对矿山安全的影响：一是爆破荷载方面；二是矿山地基液化方面；三是爆破振动速度方面；四是爆破振动频率方面。
关键词：露天矿山；爆破；矿山构筑物
1 露天矿山爆破对矿山安全的影响概述
在矿山行业的角度上看，为爆破作业提出了更高的要求与水准，特别是露天矿山的爆破作业。现今，由于安全与环保因素的限制，露天矿山开采的难度逐渐的加大，为了满足社会对矿产资源的需求，必须保证在进行爆破作业时，保证矿山以及临近的民房、建筑物的安全[1]。这也是在爆破作业前首要考虑的因素。露天矿山在进行爆破时，其产生的冲击荷载与地震产生的能量波非常相似，但爆破产生的冲击荷载具有自身独特的特点，例如荷载强度大、震源浅、振动频率较高、持续时间较短等[2]。露天矿山爆破必须在满足临近民房或建构筑物安全的前提下，依据《爆破安全规程》来对其进行制定，也就是说以某一段主振频率的安全允许振速对爆破进行相应的控制。本文将采用GEO软件从露天矿山爆破的爆破荷载、矿山地基液化程度、振动速度以及爆破振动频率等四个方面来分析爆破对矿山安全的影响。
2 具体分析
2.1 爆破荷载分析
针对矿山爆破振动波衰减规律研究的相对比较多，学者提出了很多爆破振动波速度预测公式，其中应用较为广泛的是萨道夫斯基所提出的爆破振动波速度预测公式。因此，本文也采用萨道夫斯基爆破振动波速度预测公式。在露天矿山进行爆破作业时，根据相关规定设计爆破实施的方案，在爆破时矿山核心部位的质点振动速度计算公式为
V0=KQα/Rα （2-1）
式中，V0表示的是矿山核心部位的质点振动速度；K表示的是与矿山地形、地质相关的系数；Q表示的是爆破需要的炸药量；α表示的是与矿山地形、地质相关的衰减系数；R表示的是爆破点与矿上核心部位之间的距离[3]。
随着矿山岩石的硬度的不断增加，K和α的取值会不断的增大，一般情况下，中等硬度岩石的取值范围为150-200，α的取值范围为1.5-2.0。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆本文按照爆破对矿山安全影响最大的状况进行研究，K取值为150，α取值为1.5。根据国家规定以及露天矿山的地质环境基础，规定Q的取值范围为不超过90kg。根据公式（2-1）计算可得，矿山核心部位质点的最大振动速度为0.78cm/s。当质点的振动速度达到1.0cm/s时，其加速度取值为0.01g。
由于露天矿山采用爆破技术的炸药量大、爆破次数多的特点，本文将其荷载效应适当的放大处理，将其加速度设为0.02g，持续时间设为1.0s。则爆破产生的冲击荷载变化过程为：当爆破时间为0.3S时，产生的冲击荷载加速度最大，达到顶峰时刻，也就是其荷载最大，对矿山的安全影响也就最大；在0.3s之前，随着时间的增加，荷载加速度是在不断的增加，对矿山安全的影响也在不断的加大；而在0.3s后，随着时间的增加，荷载加速度是在不断的减小，其对矿山安全产生的影响也在减小。
2.2 矿山地基液化分析
矿山在爆破荷载的作用下，其矿山内孔隙压力的分布会随着地基深度的不同有着不同的孔隙压力值。一般情况下，在爆破作业中，爆破振动会导致孔隙压力产生，随着矿山地基的不断加深。其孔隙压力也是逐渐增加的，其深度越深，孔隙压力也就越大，对矿山安全的影响程度随之加大。矿山地基主要由砂粉质岩层组成，其岩层的组成为：岩层厚度为20m~40m占据3%，岩层厚度为10m~20m占据2%，岩层厚度为5m~10m占据10%，岩层厚度为2m~5m占据15%，岩层厚度为1m~2m占据43%，岩层厚度为小于1m占据27%。其岩层之间的分界线并不明显，因此，在计算时采取的是估计值。根据爆破液化爆破方法，矿山地基的岩层厚度小于5m的占比超过60%，因此，矿山地基在爆破作业存在液化的可能性。根据研究发现，随着矿山地基的不断增加，地基液化的可能性也在不断的增加，从而影响矿山的安全与稳定。
2.3 爆破振动速度分析
露天矿山进行爆破作业时，距离矿山的核心部分非常近。因此，爆破所产生的振动波对矿山安全的影响非常大，并且不容忽视，同时对临近的民房以及建筑物也会产生相应的影响。矿坑靠近构筑物一侧是矿山的核心位置，是矿山安全的关键因素，在爆破作业时，应该对其进行重点关注。露天矿山爆破技术主要是通过爆破产生的振动对矿山的安全产生影响，因此，本文基于振动速度对矿山安全的影响进行分析。一般情况下，振动对矿山的顶部、底部、中部以及顶底产生的影响比较大，对其进行重点分析。
2.4 爆破振动频率分析
在露天矿山爆破方案中，每个炮孔是相对独立、呈空间状态进行分布的。每个炮孔产生的振动波在传播的过程中相互影响形成了矿山爆破振动波。但是由于炮孔的爆破时间、传播介质、传播距离的不同，导致振动波的频率比较分散，其振动波能量分布有所不同，振动波也具备多样性。爆破振动波对矿山安全的影响并不是某一振动波所导致的，若是只考虑单一的振动波对矿山安全的影响，得到的结果往往与实际情况偏差很大，这也是导致很多事故发生的根本原因。
我国在《爆破安全规程》中规定了不同频率下矿山的爆破振动速度控制范围。通过对露天矿山典型位置的振动频率进行研究发现：矿山爆破振动波的频率是会受到传播距离的影响，随着传播距离的增加，振动波频率会降低。当爆破振动波传播距离为10m~15m时，其振动频率比较分散，频率为30Hz~100Hz；当振动波传播到40m~60m时，振动频率趋于稳定，振动频率为20Hz~35Hz；产生振动频率衰减的主要原因是矿山岩层风化现象比较严重。导致振动波在传播的过程中，风化的岩层会对高振动频率产生衰减的作用。而低振动频率与矿山的自振频率更加接近，会产生共振现象，对矿山安全的影响加大。因此，在矿山爆破的过程中，不但要注意振动速度对矿山安全的影响，也要注意振动频率因素，其对矿山安全也存在着巨大的影响。
结语：本文主要研究矿山爆破对矿山构筑物安全的影响，主要从四个方面分析爆破技术对矿山安全的影响：一是爆破荷载方面，当时间为0.3s时，爆破荷载达到最大，其对矿山安全的影响程度最大；二是矿山地基液化方面，随着矿山地基的加深，爆破对其产生的液化影响越大，导致矿山安全性减小；三是爆破振动速度方面，矿山顶底位置的振动速度若是达到典型位置中的最大，矿山会出现裂纹，从而威胁到矿山的安全；四是振动频率，随着振动波传播距离的增加，振动频率会降低，越来越接近矿山的自振频率，产生共振现象，对矿山安全产生威胁。
参考文献
[1]覃翔.浅析矿山爆破施工安全问题及控制措施[J].价值工程，2018，37（29）：44-46.
[2]张勤彬，程贵海，徐中慧.基于回归分析的露天矿山爆破振动传播规律研究[J].矿业研究与开发，2018，38（05）：37-40.
[3]李建华，任赛.露天深孔台阶爆破质量评价管理体系建设[J].有色金属（矿山部分），2017，69（02）：50-53.
论文作者:秦鹏渊
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/28
标签：矿山论文; 荷载论文; 频率论文; 露天论文; 岩层论文; 地基论文; 作业论文; 《建筑学研究前沿》2018年第36期论文;