《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》：Blasting vibration analyses of open-pit mine slope
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为解决露天矿边坡在爆破振动下的稳定性评估难题，研究人员开展了爆破振动分析研究，通过现场监测与自适应最优核时-Frequency分析(AOK-TFA)技术，揭示了振动波能量在0-78.125 Hz频段集中分布规律，建立了基于PPV的边坡安全快速判据。数值模拟验证了该判据可靠性，为矿山安全爆破提供了关键技术支撑。
露天采矿过程中，爆破作业产生的振动会对边坡稳定性造成潜在威胁。据统计，全球约有35%的露天石灰岩矿在边坡角超过60°时面临稳定性挑战。传统评估方法主要依赖峰值质点速度(PPV)等单一参数，难以全面反映爆破振动对边坡岩体的能量损伤机制。特别是在坚硬的石灰岩地层中，岩体脆性指数超过40%，更易产生高频振动波，增加了边坡失稳风险。
目前，虽然已有研究通过机器学习算法预测PPV，但仍缺乏从振动波能量角度深入分析边坡动力响应的系统性方法。此外，现有爆破振动安全标准未能充分考虑频率能量分布与边坡岩体动力特性之间的内在联系，导致预测准确性受限。因此，开发一种能够综合表征爆破振动能量演化规律并建立快速安全评估准则的方法，对保障露天矿安全生产至关重要。
针对这一需求，研究人员以秭归和尚堡石灰岩矿高边坡为研究对象，开展了一系列爆破振动监测与分析工作。通过在现场布置5个监测点，获取了不同距离处的振动波数据，并采用自适应最优核时频分析(AOK-TFA)技术，深入研究了爆破振动波在边坡岩体中的能量分布特征。相关研究成果发表在《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》上，为露天矿边坡爆破振动安全评估提供了新方法。
本研究主要采用了以下关键技术方法：首先进行现场爆破振动监测，使用BM-6016型振动监测仪(信噪比>42 dB)在边坡不同高程布置测点；其次应用自适应最优核时频分析(AOK-TFA)技术，通过优化高斯核函数能量参数(设定为2.4)，实现了对交叉项干扰的有效抑制；第三采用FLAC3D数值模拟，建立考虑地形和岩体特性的边坡模型，并运用Rayleigh阻尼算法进行动力响应分析；最后基于振动监测数据，建立了包含坡高、主频率和PPV等多参数的边坡安全快速评估公式。
2.3.1. 边坡爆破振动信号特征参数分析
研究表明，当爆破中心距离超过60米时，爆破开挖对边坡稳定性影响较小。振动波主频率集中在10-45 Hz范围，PPV随距离增加逐渐衰减，在120米处趋于稳定。横向波PPV最大，对边坡稳定性影响最为显著。
2.3.2. 爆破振动信号能量特性分析
通过AOK时频分析发现，爆破振动波能量主要集中在0-78.125 Hz的四个低频带(a8和d8-d6)。当高斯核能量体积设置为2.4时，能够有效抑制交叉干扰项，获得清晰的时频分布。振动波能量在边坡高程上呈现有规律的衰减特征，且横向波能量明显高于纵向波和垂直波。
3. 基于峰值质点速度的露天矿边坡安全快速判据
研究建立了考虑坡高、振动频率和距离的PPV预测公式，提出以振动波能量集中频段(0-78.125 Hz)作为边坡安全评估的关键指标。数值模拟结果显示，爆破振动在边坡岩体中产生的最大主应力为22.7 kPa，远低于细粒白云岩的极限抗拉强度(5.34 MPa)，表明现行爆破方式对边坡稳定性影响较小。
4. 爆破振动下矿山边坡实例验证
4.1. 数值分析模型
建立368米×200米×230米的三维边坡模型，采用Mohr-Coulomb本构模型和Rayleigh阻尼算法，最小临界阻尼比设为0.035，最小中心频率为13 Hz，准确模拟了爆破振动在边坡中的传播规律。
4.2. 数值模拟分析结果
模拟结果显示，爆破振动作用下边坡最大Z向位移为7.9毫米，塑性区分布零星，未形成贯通破坏面。爆破振动产生的最大主应力远低于岩体强度，验证了快速安全判据的可靠性。模拟与实测PPV值的相对误差小于0.2 cm/s，表明数值模型具有良好准确性。
4.3. 讨论
研究建议在《爆破振动监测技术规范》(T/CSEB 0008-2019)中增加AOK时频分析要求，以更全面评估爆破振动对边坡的影响。同时指出，该快速安全判据在含复杂结构面的边坡中适用性需进一步验证，推荐采用梅花形布孔结合逐孔毫秒延期爆破等优化爆破技术。
研究结论表明，爆破振动能量主要分布在0-78.125 Hz频段，横向波(S波)对边坡稳定性影响最大。当前爆破方式对边坡稳定性影响有限，但长期重复爆破可能产生累积损伤。建立的快速安全评估准则为露天矿边坡爆破振动安全控制提供了重要技术支撑，对完善相关技术标准具有重要参考价值。
