露天金属矿山随着开采时间的增加，上部资源逐步枯竭，进一步实施扩帮加深开采，投入成本较高。为了合理利用和进一步开采深部资源，矿山将逐步由露天开采转为地下开采，形成露天挂帮矿开采与地下开采同时进行的特殊状况。在露天与地下同时开采的情况下，地下开采对边坡稳定性有很大影响。其影响不仅取决于露天坑与地下井筒相对位置关系、岩性条件等直接因素，还包括巷道掘进手段、采矿方法等间接因素。而地下开采时的爆破震动将会对露天边坡的稳定性产生巨大的影响。
1 工程背景
首钢矿业公司杏山铁矿( 下称“杏山铁矿”) 位于河北省迁安市。杏山铁矿原本为一座露天生产矿山，实际生产规模最高曾达300 万t /a，之后生产规模稳定在150 万t /a，随着开采的不断进行，露天矿资源逐渐枯竭，对于深部矿体资源的开采迫在眉睫。为了保持杏山铁矿原有的生产能力或确保矿山达到一个合理的生产能力，在露天开采的同时，进行地下开采。首钢矿业公司于2006 年开始对杏山铁矿逐步进行露天转地下开采，地下开采采用竖井辅助斜坡道开拓，建有主井、副井、专用进风井各1 座，回风井2 座，辅助斜坡道1 条，应用无底柱崩落采矿法开采。
2 地质条件
杏山矿区位于华北地台北缘燕山沉降带中部迁安隆起西缘的褶皱带南部杏山复向斜构造中。矿床赋存于太古代迁西群三屯营组黑云变粒岩、浅粒岩、斜长角闪岩及混合岩中，属于鞍山式沉积变质贫铁矿床。矿床主体呈向斜构造，被F9断层破坏。向斜走向350°，向南倾伏，倾伏角40°。F9断层: 走向20° ～50°，倾向NW，倾角83°，走向长500 m，宽8 ～ 10 m，倾向延伸可达700 ～ 800 m，属正断层。矿床被F9断层破坏分割成大杏山和小杏山2 部分。
大杏山: F9断层以西至C19 线，矿体走向40° ～10°，倾向SE—SEE，倾角60°。矿体长440 m，平均厚度120 m，矿体上厚、下薄。矿体形态剖面上呈层状、似层状，投影呈大椭圆形。
小杏山: F9断层以东至A2 线，矿体走向110°，－100m以下转向南或南西，倾向SW，倾角50° ～56°。矿体连续长450 m，平均厚度30 ～ 50 m，矿体形态剖面上呈层状、似层状，呈大半个向斜状; 矿体下部具分支复合现象，分为小杏山上和小杏山下2 层矿。
3 现场声发射监测爆破震动
声发射技术是靠岩石发声来监测其内部状态和力学特性的一种方法，当岩石受力变形时，岩石中原来存在的或新产生的裂缝周围地区应力集中，应变能较高，当外力增加到一定大小时，在有裂缝缺陷地区发生微观屈服或变形，裂缝扩展，从而使得应力弛豫，一部分贮藏能量将以弹性波( 声波) 的形式释放出来1］。
对岩石发出的声波进行观测、分析，可以了解其内部的裂缝发育状态。声发射信号不仅能反映岩石的力学性质，而且这种弹性波形式的信号还具有容易传播和接收、能保证监测系统快速化、可扩大监测范围、可进行长期监测和动态测试等优点［2］。为了能有效地完成露天转地下开采安全保障体系的监测，采用8 通道SWAES 数字化全波形声发射监测仪( 见图1) 进行现场监测，该装置可根据需要选配不同的传感器和放大器，对应每一通道的参数、波形分别触发，数字信号处理电路避免了飘移现象，可实现更高的精度和稳定性。
经过6 次现场声发射监测，每次监测范围约50m，每次记录4个通道的信号。采用触发式记录，监测记录3 ～4h内的围岩裂隙开展声信号。监测记录数据统计见图2。
通过分析监测数据可以看出，钻孔、爆破、围岩应力扰动后的重新分布均能产生声发射信号。其中因爆破所产生的声发射信号强烈，对围岩产生巨大的扰动。每次爆破所产生的瞬间最大能量值见表1。
通过对比各通道振铃计数和能量的关系，可以得出测点附近岩体的破坏程度。通过对破坏强弱的分析，可以得出爆破震动产生的影响在竖直方向上要大于其在水平方向上。
通过对比声发射在爆破后的信号可以得出，爆破所导致的岩体破坏均在30 m 范围内，爆破对于露天边坡的影响，只体现在爆破同时震动对于露天边坡的影响。
4 边坡稳定性
4． 1 数值模型参数
本研究采用FLAC3D 软件进行数值模拟计算，模型包含了杏山铁矿的所有开挖部分［3］。计算模型在x 轴方向上长度为1 000 m，沿y 轴方向边坡走向宽度为800 m，z 轴方向边坡垂直高度600 m。
模型共划分为56550个单元，62117个结点。模型按杏山铁矿实际地层进行简化，共划为自上而下的人工堆积物、砂岩、闪长岩、花岗岩，同时在模型中分布一定的磁铁矿［4］(见表2) 。
4． 2 边界条件
计算模型除坡面设为自由边界外，模型底部(z=0) 设为固定约束边界，模型四周设为单向边界［5］。应用摩尔－库伦强度准则对模型进行开挖分析。分6步开挖，每步开挖40 m。根据现场的声发射实时监测数据，得出爆破震动波的传播规律以及其影响的范围。在开挖结束后对模型施加爆破地震波。施加的位置为－45m水平3 进路［6］。
4． 3 结果分析
杏山铁矿爆破前后边坡整体和典型剖面的塑性破坏见图3 ～ 6。
通过对边坡整体和典型剖面( 见图3 ～ 6) 的分析可以看出，边坡在开采过程中，由于岩体受到爆破扰动程度的不同以及岩体性质的不同造成了边坡破坏性质和破坏区域的差异。第四系人工堆积物在边坡的开采扰动影响下因其岩性较差，塑性破坏有所扩大，塑性破坏范围大约在坡面向内扩大了50 m。边坡底部由于受到扰动和应力释放的影响，使得边坡底部产生局部塑性破坏区域，并且破坏区域在垂直方向上有所延伸。破坏范围大约在坡脚向外的60 m 范围内。同时爆破扰动在部分边坡临空面上产生剥离脱落，但不影响边坡的整体稳定性［7］。其中F9断层因岩体性质较差，部分区域离硐室爆破的地点较近，坡面以及坑底的塑性破坏区也有较大的扩大，并且在垂直方向上也有所延伸。
5 结论
1) 通过现场声发射对爆破震动的监测，可以有效地得出每次爆破震动所产生信号强度，影响范围及形式。证明应用现场声发射技术监测爆破震动是可行的。
2) 应用监测的爆破数据，通过FLAC3D 软件对爆破震动对于露天边坡的分析，可以得出爆破震动对于边坡岩性较差的地方产生的影响较大。当巷道穿越F － 9 断层时，应做好相应的支护。同时应避免露天边坡挂帮矿的开采与地下开采同时进行。
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