露天礦爆破振動(dòng)對(duì)邊坡的影響及其預(yù)測(cè)分析

在礦山開(kāi)采工程中，爆破技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，在爆破過(guò)程中，爆破地震波會(huì)引起質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，由此可能導(dǎo)致周?chē)慕?gòu)筑物遭到破壞，尤其是會(huì)對(duì)邊坡的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響，具體程度主要與爆破振動(dòng)的幅值和頻率有關(guān)。為此，要使爆破振動(dòng)的幅值保持在允許的范圍內(nèi)，以免超出邊坡所能受到的極限。借此就露天礦爆破振動(dòng)對(duì)邊坡的影響及其預(yù)測(cè)展開(kāi)分析探討。

1 露天礦臺(tái)階爆破振動(dòng)衰減理論

1.1 爆轟波

在介質(zhì)中，波是通過(guò)擾動(dòng)傳播形成，與波的關(guān)系最為密切的因素是介質(zhì)和擾動(dòng)。爆炸波是爆炸現(xiàn)象在介質(zhì)產(chǎn)生的波，其中的介質(zhì)即可以是固體，也可以是流體。沖擊波歸屬于強(qiáng)壓縮波的范疇，它的傳播速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)聲波，從本質(zhì)的角度上講，沖擊波是介質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的區(qū)域，該區(qū)域的厚度大約為10

-10

mm，它的波陣面為突躍，所以可將沖擊波視作為狀態(tài)參數(shù)突躍變化的過(guò)渡區(qū)

。氣體的性質(zhì)決定了本身的透明性，由于這個(gè)性質(zhì)并不會(huì)受到壓力大小的影響，所以沖擊波是可見(jiàn)的波。爆轟波是化學(xué)反應(yīng)形成的穩(wěn)定沖擊波，能夠在炸藥中傳播，炸藥受到?jīng)_擊波強(qiáng)烈的沖壓作用后，會(huì)造成波陣面溫度升高，進(jìn)而導(dǎo)致波陣面后的炸藥發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，由此釋放的能量可以用來(lái)繼續(xù)供給沖擊波，支持沖擊波持續(xù)傳播，最終便會(huì)形成爆轟波。

1.2 爆破振動(dòng)

爆破振動(dòng)歸屬于動(dòng)力現(xiàn)象的范疇，可以通過(guò)以下物理量衡量其強(qiáng)度：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)位移峰值、振動(dòng)速度峰值、振動(dòng)加速度峰值等。振動(dòng)速度與爆破地震的破壞程度具有密切關(guān)聯(lián)，即速度越大，破壞性越強(qiáng)，反之則越弱。對(duì)巖體進(jìn)行爆破時(shí)，地質(zhì)條件、所選的爆破參數(shù)均會(huì)影響爆破效果。當(dāng)炸藥在介質(zhì)中發(fā)生爆炸后，會(huì)瞬時(shí)釋放出較大的能量，初始為壓縮能，隨著氣體不斷膨脹會(huì)變?yōu)闄C(jī)械能，形成的爆轟波會(huì)向四面八方擴(kuò)散，當(dāng)波陣面與周?chē)橘|(zhì)發(fā)生撞擊后，沖擊波便會(huì)在介質(zhì)中傳播，而反射波則會(huì)朝炸藥的中心處傳播，

1.2.1 傳播特性

爆炸時(shí)會(huì)產(chǎn)生沖擊波，主要是壓力在周?chē)橘|(zhì)中傳播而引起，引爆炸藥后會(huì)形成具有高溫、高壓特性的氣體，這部分氣體會(huì)對(duì)周?chē)橘|(zhì)施加壓縮擾動(dòng)，整個(gè)擾動(dòng)過(guò)程非常強(qiáng)烈，會(huì)引起壓縮波，其傳播速度比聲波波速快很多。與此同時(shí)，在波的不斷疊加下，會(huì)形成溫度、壓力以及密度都比較高的波陣面，它以較高的速度運(yùn)動(dòng)，這樣便形成了爆炸沖擊波，而在空氣中發(fā)生爆炸時(shí)，會(huì)形成空氣沖擊波。

1.2.2 傳播規(guī)律

普通高校社區(qū)學(xué)院不是傳統(tǒng)意義上的學(xué)校教育，不能過(guò)多地動(dòng)用組織意義上的管理手段和方式，只能通過(guò)市場(chǎng)力、感召力、效用力來(lái)吸引社區(qū)成員的學(xué)習(xí)力。以特色創(chuàng)品牌，提高教育水平，提升社會(huì)影響力和美譽(yù)度，是普通高校社區(qū)學(xué)院保持可持續(xù)發(fā)展的基本策略。沈陽(yáng)大學(xué)社區(qū)學(xué)院、山西大學(xué)社區(qū)學(xué)院、鄭州大學(xué)河南母親學(xué)院等社區(qū)學(xué)院在社區(qū)教育市場(chǎng)中找到了自己的定位，著力打造自己的培訓(xùn)品牌和特色。

本次分析中，建立的單孔微差爆破數(shù)值模型的孔徑為140mm，孔深為13m，模型高度為2倍孔深，即26m，邊坡的角度設(shè)定為50°，超深1.0m，抵抗線（最小）為5.0m，炮孔的堵塞長(zhǎng)度為4.5m。除頂面及臺(tái)階面之外，全部設(shè)為無(wú)反射邊界，確保模擬爆破峰值振動(dòng)速度及能量衰減規(guī)律的計(jì)算分析結(jié)果更加準(zhǔn)確

。經(jīng)過(guò)測(cè)定得出各個(gè)測(cè)點(diǎn)的峰值振動(dòng)速度及總能量，如表1所示。

大體上可將爆破地震波的產(chǎn)生與傳播影響因素歸納為以下幾個(gè)方面：

事后，小輝的媽媽在朋友圈里寫(xiě)道：“媽媽眼中的孩子總是缺點(diǎn)大于優(yōu)點(diǎn)，老師卻善于觀察和發(fā)現(xiàn)孩子的點(diǎn)滴進(jìn)步，并將它放大，使孩子更加自信，也更加努力！謝謝老師！我家輝兒把小紅花很小心地放到自己的‘寶貝盒’里。”

（3）地形與地質(zhì)。在質(zhì)地較為堅(jiān)硬的巖石中，爆破地震波傳播時(shí)，高頻成分衰減損失少，而在地質(zhì)較為松軟的巖石中，爆破地震波傳播時(shí)，高頻成分衰減損失相對(duì)較多。

從衰減曲線中可以清楚的看到，當(dāng)爆心距處于35m～45m這一區(qū)間范圍時(shí)，爆破振動(dòng)中產(chǎn)生的能量有80%已經(jīng)衰減，該結(jié)果與業(yè)內(nèi)專(zhuān)家學(xué)者研究的爆破振動(dòng)衰減規(guī)律完全相符。

顧名思義，安全管理即從日常生活入手，降低安全事故的發(fā)生幾率。而高校的安全管理工作需要注意以下幾個(gè)方面：首先，管理者和被管理者。可以明確的是校園安全工作中的被管理者是學(xué)生，而管理者是校長(zhǎng)、輔導(dǎo)員、各科教師以及安保人員等。其次，采取的方法。即制定什么樣的管理方案以及如何落實(shí)計(jì)劃政策。再者，目標(biāo)因素。科學(xué)制定應(yīng)對(duì)方案，來(lái)盡可能確保已出現(xiàn)事故的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。最后，階段特點(diǎn)。針對(duì)可能出現(xiàn)的事故制定階段性的應(yīng)對(duì)計(jì)劃，簡(jiǎn)單來(lái)講就是事故出現(xiàn)前的防護(hù)措施、事故出現(xiàn)時(shí)的解決措施以及事故出現(xiàn)后的整頓措施［1］。

（1）爆源。炸藥的種類(lèi)、裝藥量等因素，與爆破能量的大小有關(guān)，藥包與裝藥孔之間的耦合狀況、選用的起爆方式以及臨空面等，會(huì)對(duì)爆破地震波的產(chǎn)生造成直接影響。

文物的歷史文化價(jià)值決定著文物工作的方向，即文物工作要始終堅(jiān)持為人民服務(wù)、為社會(huì)主義服務(wù)的方向。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)工作方向，就要做到始終堅(jiān)持為人民服務(wù)，就要采取人民群眾喜聞樂(lè)見(jiàn)的形式講好中國(guó)文物的故事，宣傳、武裝我們的群眾；始終堅(jiān)持為社會(huì)主義服務(wù)的方向，就是要充分揭示文物的歷史文化內(nèi)涵，運(yùn)用傳統(tǒng)及新興的媒體，弘揚(yáng)主旋律，傳播正能量。

1.3 爆破振動(dòng)安全的判定依據(jù)

依據(jù)現(xiàn)行GB6722規(guī)程的規(guī)定要求，可以選用速度-頻率這一指標(biāo)評(píng)價(jià)爆破振動(dòng)產(chǎn)生的危害。不同類(lèi)型的爆破振動(dòng)和爆破地震波會(huì)使安全判據(jù)出現(xiàn)較大的差異，不同工程判據(jù)也不相同。如一些專(zhuān)家學(xué)者提出可將基巖開(kāi)裂的質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度作為爆破振動(dòng)安全的判定依據(jù)，還有部分專(zhuān)家將60cm/s的峰值振動(dòng)速度作為巖體新裂縫形成的臨界值

。

2 爆破振動(dòng)數(shù)值模擬分析

數(shù)值模擬又被稱(chēng)為計(jì)算機(jī)模擬，是解決工程問(wèn)題較為有效的途徑之一，尤其是在爆破方面，數(shù)值模擬的作用非常顯著。通過(guò)對(duì)與真實(shí)情況極為相似的數(shù)學(xué)物理模型進(jìn)行構(gòu)建，利用該模型模擬巖石在爆破過(guò)程中的動(dòng)態(tài)破壞現(xiàn)象，以此來(lái)展示爆破效應(yīng)，了解巖石爆破的作用機(jī)理。

2.1 方法選擇

在數(shù)值模擬中，可用的方法較多，實(shí)用性較強(qiáng)的是有限單元法，隨著該方法的不斷完善，使其成為爆破數(shù)值模擬問(wèn)題解決的有效手段。LS-DYNA是顯式動(dòng)力學(xué)程序，其最為突出的特點(diǎn)是功能齊全，以Lagrange算法為主，該算法在爆炸、結(jié)構(gòu)沖擊等復(fù)雜動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的分析中具有良好的適用性。大量實(shí)踐表明，LS-DYNA程序計(jì)算可靠性非常高。故此，在本次分析中，選用LS-DYNA程序

。

2.2 數(shù)值模擬過(guò)程

在雙孔微差爆破數(shù)值模擬模型構(gòu)建中，90mm孔徑的炮孔堵塞長(zhǎng)度為3.0m，孔距為4.0m。與單孔相同，除頂面及臺(tái)階面之外，全部設(shè)為無(wú)反射邊界，確保模擬爆破峰值振動(dòng)速度及能量衰減規(guī)律的計(jì)算分析結(jié)果更加準(zhǔn)確。經(jīng)過(guò)測(cè)定得出各個(gè)測(cè)點(diǎn)的峰值振動(dòng)速度及總能量，如表2所示。

2.2.1 幾何模型

爆破地震波歸屬于復(fù)合波的范疇，由多種不同的波組合而成，本身具有復(fù)雜性和隨機(jī)性的特征，按傳播途徑，可以分為兩類(lèi)，一類(lèi)是體波，另一類(lèi)是面波，前者為彈性波，可在巖體內(nèi)部傳播，包括縱波和橫坡；后者可以沿著介質(zhì)表面?zhèn)鞑ィㄈ鹄ê屠辗虿ā?/p>

按照與露天礦生產(chǎn)實(shí)際情況相符的爆破參數(shù)，參考相關(guān)的研究成果，對(duì)模型中的巖石力學(xué)參數(shù)進(jìn)行選取，具體如下：巖石的密度2700kg/m3、彈性模量37.4Gpa、切線模量4.5Gpa、屈服應(yīng)力23MPa、泊松比0.3。露天礦采用的多孔微差爆破技術(shù)，爆炸時(shí)產(chǎn)生的爆轟波在傳播過(guò)程中會(huì)受到以下因素的影響：總藥量、各孔裝藥量、抵抗線、堵塞長(zhǎng)度、孔排距等。構(gòu)建模型時(shí)，要做如下假設(shè)：炮孔均勻、巖體各向同性，隨后建立單孔孔徑140mm和雙孔孔徑140mm和90mm的微差爆破數(shù)值模型，排間微差設(shè)定為25ms

。

2.2.2 單孔爆破數(shù)值

1.2.3 影響因素

(1)鹽脅迫條件下，“苗壯素”生物復(fù)菌劑的施用對(duì)黃瓜生長(zhǎng)具有明顯的促生抗逆作用。種子發(fā)芽率提高17.5%，鮮重提高23.5%，總根長(zhǎng)、總投影面積、總根表面積、平均根系直徑和根尖數(shù)分別提高151.0%、53.3%、8.6%、127.6%和9.0%。

再制造是指：對(duì)處于壽命周期內(nèi)的舊機(jī)械結(jié)構(gòu)做分解和清洗，將其中的損傷部件進(jìn)行修復(fù)和重新裝配，并通過(guò)合理有效的試驗(yàn)手段驗(yàn)證，最后使再制造機(jī)械結(jié)構(gòu)的性能和可靠性達(dá)到或者接近原制造精度的一種技術(shù)[1]。

通過(guò)表1可以得出總能量隨爆心距的衰減情況，具體如圖1所示。

2018年，國(guó)內(nèi)復(fù)合肥市場(chǎng)遭遇初冬。所有大宗原料都在上漲，而市場(chǎng)價(jià)格卻一直走跌，銷(xiāo)量持續(xù)下滑。丁振軍告訴記者：“國(guó)內(nèi)復(fù)合肥市場(chǎng)跟歐美市場(chǎng)有一定的差異，但也存在大同小異的地方。如有機(jī)肥使用量大、種植規(guī)模調(diào)整、種植方式改變。”此外，通過(guò)配方升級(jí)，對(duì)傳統(tǒng)大肥產(chǎn)品進(jìn)行換代升級(jí)，海藻肥、生物肥等也正通過(guò)差異化思路與一線梯隊(duì)復(fù)合肥企業(yè)進(jìn)行錯(cuò)位競(jìng)爭(zhēng)。

2.2.3 雙孔爆破數(shù)值

為模擬露天礦爆破振動(dòng)對(duì)邊坡的影響，在計(jì)算中過(guò)程中巖石選用雙線性隨動(dòng)硬化材料，依托LS-DYNA程序的爆轟過(guò)程模擬功能，開(kāi)展試驗(yàn)研究。將炸藥與裝藥參數(shù)輸入到程序中，利用爆破孔的爆轟模擬和爆炸產(chǎn)物與炮孔壁之間的相互作用，對(duì)爆炸產(chǎn)生的荷載加以確定。計(jì)算過(guò)程中，選擇專(zhuān)門(mén)用于描述炸藥爆炸時(shí)所產(chǎn)生壓力特性的狀態(tài)方程JWL

。

通過(guò)表1可以得出總能量隨爆心距的衰減情況，具體如圖2所示。

（2）距離。這個(gè)距離是指與爆源之間的距離，在巖土體中，爆破地震波傳播時(shí)，隨著爆源距離增大，傳播速度會(huì)快速衰減。

3 爆破振動(dòng)預(yù)測(cè)公式回歸擬合方法

3.1 爆震量綱

質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的影響因素具有復(fù)雜的特點(diǎn)，在考慮所有變量的前提下，對(duì)函數(shù)形式加以確定難度較大。為簡(jiǎn)化過(guò)程，通常都是利用近似的方法，對(duì)主要的變量進(jìn)行保護(hù)，將非主要變量全部視作為常數(shù)，研究變量間的函數(shù)關(guān)系。在影響爆破振動(dòng)的所有因素中，地質(zhì)和地形的影響程度相對(duì)較大，由于露天礦本身的特殊性，在本次研究中，給出爆破振動(dòng)峰值振動(dòng)速度的影響因素，具體如下：巖體質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)加速度（a）、爆源至臺(tái)階底部頂點(diǎn)的水平距離（b）、振動(dòng)波的傳播速度（c）、邊坡的水平投影距離（d）、測(cè)點(diǎn)值臺(tái)階頂部頂點(diǎn)的水平距離（e）、巖體固有的振頻（f）、測(cè)點(diǎn)與爆源間的垂直高度（H）、起爆藥量（Q）、巖體密度（ρ）、爆轟時(shí)間（t）、巖體質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)位移（u）

。由量綱分析可知，爆震的質(zhì)點(diǎn)速度可以用下式表示：

在上式當(dāng)中，k

和k

分別表示地質(zhì)和臺(tái)階地形影響系數(shù)；α表示衰減系數(shù)；β表示垂直高度影響因子；δ表示（b）和（e）的變化影響因子。

3.2 振速回歸擬合

依托露天礦的生產(chǎn)爆破實(shí)際構(gòu)建模型，取炮孔孔徑90mm和140mm，孔深13m、超深1.0m進(jìn)行誤差分析。為驗(yàn)證上文中得出的預(yù)測(cè)公式

銳騏6的上市豐富了鄭州日產(chǎn)的皮卡矩陣，提升了企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。未來(lái)鄭州日產(chǎn)還將導(dǎo)入更多高品質(zhì)的基型車(chē)和適合各行各業(yè)的改裝車(chē)，為廣大用戶(hù)提供更多的選擇。

3.3 應(yīng)用實(shí)例

某露天礦位于XX省境內(nèi)，礦區(qū)所在地為丘陵地貌，高程為61.8m～210.5m，平均坡度在25°左右，局部最大坡度為40°，坡上植被較為發(fā)育。在露天開(kāi)采后留下一采坑，底寬25m～30m，總長(zhǎng)度約為655m，受自然降雨的影響，坑內(nèi)常年積水。下面選擇該露天礦開(kāi)展爆破試驗(yàn)，先通過(guò)小炮試驗(yàn)，確定出地表影響系數(shù)k

和衰減系數(shù)α，其中k

=151.206，α=152

。隨后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)的爆破峰值振動(dòng)速度、理論公式的預(yù)測(cè)數(shù)值及本文得出公式的預(yù)測(cè)數(shù)值進(jìn)行比較分析。為便于比較分析本文得出的公式與理論公式的應(yīng)用情況，對(duì)兩個(gè)公式的預(yù)測(cè)結(jié)果做對(duì)比，其中實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)用VS表示，本文得出公式的預(yù)測(cè)結(jié)果用γ表示，理論公式的預(yù)測(cè)結(jié)果用η表示。露天礦爆破振動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3中的第二組數(shù)據(jù)為樣本數(shù)據(jù)，通過(guò)回歸得出臺(tái)階地形影響系數(shù)k

=1.33，垂直高度影響因子β=12.3196，（b）和（e）的變化影響因子δ=9.59762。利用第一組數(shù)據(jù)作為佐證數(shù)據(jù)，分別從各個(gè)測(cè)點(diǎn)處提取爆破振動(dòng)速度實(shí)測(cè)值，用理論公式和本文得出的公式進(jìn)行預(yù)測(cè)，分析誤差。結(jié)果表明，本文得出的公式與理論公式之間的誤差非常小，基本可以忽略不計(jì)，說(shuō)明該公式合理可行。

（6）底泥分別控制在70%、50%、30%與有機(jī)肥料按體積進(jìn)行配比，試驗(yàn)結(jié)果存在差異；通過(guò)觀察植物生長(zhǎng)情況，底泥控制在30%左右，植物生長(zhǎng)情況相對(duì)最好，生物量最大。

4 結(jié)論

綜上所述，露天礦爆破過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)對(duì)邊坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成影響，為此可以通過(guò)預(yù)測(cè)公式，分析影響程度，以此作為邊坡防護(hù)措施的制定依據(jù)，為邊坡結(jié)構(gòu)安全提供保障。

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