摘要：随着科技的发展，露天矿的预裂爆破技术有了明显的提升，减小了爆破对边坡的影响。基于此，本文将以露天矿预裂爆破对边坡损伤的判断标准、计算方法、岩体分析等方面为切入点，深入分析露天矿预裂爆破对边坡的损伤，旨在能够全面掌握岩体的力学参数，为增强露天矿边坡的稳定性提供科学依据，从而促进露天矿的稳定发展。
关键词：露天矿；预裂爆破；边坡损伤
前言：在露天矿的工作中，经常会采用爆破作业的方式，导致边坡受到震动而影响其稳定性。换言之，露天矿中边坡开挖爆破工作会直接损伤岩体的稳定性，而其中损伤层的具体厚度则是分析爆破影响的主要指标之一。在某一个大型的露天矿中，采集了6次预裂爆破的相关参数，并对结果进行分析、监测，从而在实际工作中分析预裂爆破对边坡损伤的实际影响。
1.露天矿预裂爆破对边坡损伤的判断标准
目前，在国外通常都是以PPV标准来判断露天矿预裂爆破对边坡损伤程度，其质点峰值振动速度的具体判断依据就是一维应力波的相关理论：
PPV=VP[ε]=VP[σt]/E=ktVP[σT]/E，在公式中，VP表示岩体的纵波速度；[σT]、[σt]分别表示边坡岩石的抗压强度、抗拉强度；[ε]表示岩体极限拉应变；kt则表示[σT]、[σt]的系数，通常其数值在1/8~1/16之间。
根据PPV标准判断露天矿预裂爆破对边坡的损伤，能够事先根据计算方式明确预裂爆破所影响的损伤范围，从而能够为选择爆破方法、调整爆破参数提供参考，降低预裂爆破造成的边坡损伤。针对岩石爆破损伤的质点峰值振动速度，根据爆破前后边坡岩石的声波、裂缝的对比结果，不同的学者有着不同的判断标准：
（1）Bauer、Calder的判断标准：质点峰值的振动速度小于25cm•s-1，其损伤效果基本不存在，即边坡岩石不会出现裂缝；质点峰值的振动速度在25cm•s-1~63.5cm•s-1之间，边坡的岩石会产生轻微的裂缝；质点峰值的振动速度在63.5cm•s-1~254cm•s-1之间时，边坡的岩石就会产生严重的裂缝，甚至岩石完全破碎；质点峰值的振动速度大于254cm•s-1时，岩体则会处于完全破碎的状态。
（2）Savely的判断标准：岩体的损伤主要表现为岩块偶尔掉落，则不存在损伤；岩块部分掉落且台阶面存在松动现象，则边坡中可能存在损伤，但可以忽略不计；部分台阶面崩落，并产生裂缝，则属于轻微预裂爆破损伤；台阶几乎全部破裂，裂缝开始大范围延伸，坡脚出现爆破漏斗现象，则属于严重损伤。
（3）Beatti、Mojitabai的判断标准：岩石为软片麻岩，单轴压缩强度在14Mpa~30Mpa之间，RQD等于20%，则其轻微损伤区13cm•s-1~15.5cm•s-1，中等损伤区为15.5cm•s-1~35.5cm•s-1，严重损伤区则大于35.5cm•s-1；岩石为硬片麻岩，单轴压缩强度等于49Mpa之间，RQD等于50%，则其轻微损伤区23cm•s-1~35cm•s-1，中等损伤区为35cm•s-1~60cm•s-1，严重损伤区则大于60cm•s-1；岩石为Shultze花岗岩，单轴压缩强度在30Mpa~55Mpa之间，RQD等于40%，则其轻微损伤区31cm•s-1~47cm•s-1，中等损伤区为47cm•s-1~170cm•s-1，严重损伤区则大于170cm•s-1；岩石为斑晶花岗岩，单轴压缩强度在30Mpa~85Mpa之间，RQD等于40%，则其轻微损伤区44cm•s-1~77.5cm•s-1，中等损伤区为77.5cm•s-1~124cm•s-1，严重损伤区则大于124cm•s-1。
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2.露天矿预裂爆破对边坡损伤的计算方法
结合PPV质点峰值理论，计算预裂爆破对边坡损伤进行计算：以短柱状药包激发应力、长柱状装药的子波理论、柱面波理论为基础，可以推导出在露天矿预裂爆破影响范围内，质点峰值振动逐渐减小的公式：V=kV0（b/R）β。在公式中，V表示质点峰值的振动速度；R表示爆心距离；k表示影响爆裂的系数，在远爆区中k的数值等于炮孔数，在近爆区k值约等于l；β表示质点峰值振动减小的指数；b表示预裂爆破炮孔的半径；V0表示炮孔避上质点峰值实际的振动速度。
V0的计算公式为：V0=P0/ρVP。在公式中，ρ表示边坡中岩石的密度；P0表示炮孔中气体的最初压力。基于C-J的预裂爆破条件，炸药所产生的平均爆破压力的计算公式为：P0=PeD2/2（γ+1），在公式中D表示炸药实际的爆破速度；ρe表示使用的炸药密度；Pe表示炸药爆炸所产生的平均压力；γ表示炸药的等熵指数。如果预裂爆破所产生的是多方气体，其当时的状态公式为：P=Aρv0，公式中P表示气体的实际压力；A表示常数；ρ表示爆生气体的具体密度；v0表示内部气体的等熵指数。如果P的数值大于或者等于Pk时，v0的数值与γ相等且等于3.0；如果P的数值小于Pk时，则v0的数值与γ相等且等于1.4；Pk表示炸药在临界状态时的具体压力[1]。
对于耦合装药的基本条件，可以用公式P0=Pe来表示。而对于不耦合的装药条件，其实际系数b/a的数值通常比较小，爆破所产生的气体，仅仅是一个P大于Pk的状态过程，根据公式P0=Pe可以推断出炮孔在初始状态时所承受的压力公式：P0=[ρeD2/2（γ+1）]（a/b）2γ，如果不耦合的系数较大，那么气体的膨胀则会存在P小于Pk、P大于或者等于Pk两个不同的阶段。同时，能够根据压力公式得出：P0=[ρeD2/2（γ+1）]v/γPk（γ-v）/γ（a/b）2γ。在确定P0的数值以后，可以结合公式P0=PeD2/2（γ+1）计算出炮孔壁由于预裂爆破而产生的峰值振动速度，即V0。
在时间工作中，根据上述分析所得出的判断依据，可以确定准确的计算边坡在预裂爆破中质点峰值振动的临界值[V]，结合岩石的参数、装药结构、钻孔孔径、装药特性以及炸药的种类因素，可以得出k、β、b的数值。同时，根据前面的推导可以计算出V0，根据公式P=Aρv0可以得出：[R]=b（kV0/[V]），公式中[R]表示由于预裂爆破所损伤的边坡范围。
最后，根据以上的推断、计算等过程，能够准确的预报出当前设计方案对露天矿边坡的损伤。在这样的前提条件下，可以事先确定预裂爆破预留保护层的实际厚度，从而指导工作人员严格遵守设计方案、操作规范完成爆破工作，降低爆破对露天矿边坡稳定性的影响。
3.露天矿预裂爆破对边坡损伤的岩体分析
根据本文第一部分中预裂爆破损伤质点峰值振动速度的判断标准，同时结合露天矿中边坡岩层的力学参数、抗压强度等，可以确定该弱风化到灰岩、新鲜泥板岩的振动速度在25cm/s~60cm/s之间。结合露天矿中边坡岩体的稳定性标准、爆破器材性能、钻孔直径具体的参数，则可以在计算中选择的基本参数为：爆破钻孔的直径等于140cm，采用散装乳化的方式将其填满；为了避免地下水的影响，爆破的速度应该为4200m/s，炸药的实际密度基本为1150kg/m³，压力值应该大于100Mpa，γ值为3.0；如果压力值小于100Mpa，则γ的取值则为1.4。
对露天矿中的岩石密度等于2760kg/立方米，纵波的速度等于5913m/s，预裂爆破的实际系数等于10，则结合上文中的公式可以得出振动减弱的指数等于1.74。根据已经确定的不同风化程度爆破损伤质点的判断依据，可以由萨道夫斯基的公式准确的预报（计算）出预裂爆破损伤岩体的具体影响范围，从而提高露天矿中边坡岩层的稳定性，为促进采矿工作的顺利进行提供保障 [2]。
结语：综上所述，在露天矿中采用预裂爆破方式对边坡的稳定性有着直接的影响，因此需要进行系统的分析。以此为基础，在分析过程中，工作人员采用了科学的判断标准，使用正确的计算方法对岩体进行了分析，并得出了具体的结果，最终将恰当的预裂爆破技术应用在露天矿中。所以，为了能够全面分析预裂爆破对边坡损伤的影响，可以将文中的方式应用在实际工作中，减小对边坡的损伤程度。
论文作者:赵二将
论文发表刊物:《基层建设》2017年第36期
论文发表时间:2018/3/22
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