中国处于常年冻土或季节性冻土的露天矿数量多，分布广。梳理了当前冻土爆破的特点及问题，分析了露天矿冻土爆破问题的难点，并提出未来的研究趋势。露天矿冻土爆破应着力于解决以下问题：(1)建立冻土本构模型，解决模型难以建立、试验结果不准确的问题；(2)研究冻土爆破各影响因素之间的关系，建立相关数学模型，优化爆破效果；(3)开展冻土爆破材料和抗水、抗冻性能炸药研究，解决冻土爆破炸药感度较低问题；(4)从台阶爆破的设计和管理角度预防大块率超标，优化冻土爆破工艺，确保露天矿台阶冻土爆破的安全高效生产。

为探明冻结黏土爆破对大体积高强混凝土的振动响应机制，以赵固二矿西风井冻结凿井工程为背景，采用数值模拟方法分析了立井冻土爆破过程中的井壁振动响应特性及其对井壁稳定性的影响，并提出了一系列冻土施工质量控制措施。结果表明：掏槽药量、中空孔半径和地应力均对井壁振动速度有显著影响，井壁的振动速度与掏槽药量和地应力的大小成正比，与中空孔半径大小成反比；4段炸药起爆产生的振速要远大于其余各段炸药，且各段爆破引起的井壁轴向振速均显著大于其余方向，立井井壁最大等效应力随着时间的增加呈现增大后减小的趋势；提出了控制上部开孔质量、合理利用优质泥浆、优化冻结施工工艺、合理组织施工几项建议。本研究成果可进一步完善冻土爆破工程实践相关理论，减少施工过程中爆破振动对井壁的损伤。

为分析冻土融化、爆破振动及降雨因素对高寒地区露天矿山边坡稳定性的影响，采用合成孔径边坡雷达监测及无人机航测技术，对某矿山边坡进行连续不间断监测，研究冻土融化、爆破振动及降雨因素影响下边坡的变形规律。研究结果表明：受冻土融化影响，区域变形均发生在白天温度较高时间段，夜晚基本无变形累积；爆破振动对作业附近松散岩体影响较大，1天内变形基本出现在爆破振动作业后的2～3 h内，其余时间基本无累积，变形曲线呈阶梯状增长；降雨后采场坡顶表土层出现多个分散分布的沉降变形区域，变形曲线没有明显规律。研究结果验证合成孔径雷达监测技术的有效性，为分析采场变形诱因提供参考。

针对高寒高纬度地区不同冻土厚度下爆破块度大块率高的难题，在乌努格吐山铜钼矿冬季低温下进行爆破漏斗试验。根据试验结果利用利文斯顿爆破漏斗理论确定了冻土装药参数与爆破漏斗参数之间的关系，计算出冻土层的变形能系数，分析了不同冻土层厚度的爆破漏斗特性曲线。在装药量为4 kg时，冻土临界深度为1.3 m,最佳埋置深度为0.84 m,变形能系数为1.06;在装药量为8 kg时，冻土临界深度为1.7 m,最佳埋置深度为1.2 m,变形能系数为1.05;在装药量为12 kg时，冻土临界深度为2.2 m,最佳埋置深度为1.34 m,变形能系数为0.95。根据爆破立方根定律，推导出适用于现场冻土区的最佳装药参数，经过对不同冻土层厚度多种爆破参数下爆破效果对比分析，采取“分区域，分阶段”原则优化爆破效果，对于弱冻层区域采用减小堵塞长度并增加装药高度的方法提高爆破质量；对于强冻土区主爆孔周围增加辅助孔来降低冻土层大块率。总结出适用于高寒地区随冻土层厚度变化的爆破参数优化方案，爆破效果改善明显，在很大程度上降低了冻土层爆破后的大块率产出，提高供矿率。

随着我国对地下资源需求的不断增大，超深立井施工逐渐普遍化。在立井开挖时为了稳固井壁且减少井壁坍塌，一般会选用冻结法施工，但爆破时产生的振动仍然会对井壁的稳定性造成一定的影响，严重情况下出现的塌方现象，会造成一定的人员伤亡、延缓施工进度等危害。为解决此类问题，以赵固二矿西风井704.6 m深厚冲积层冻土爆破掘进工程为研究背景，开展深大立井冻土爆破井壁振动监测，并结合ANSYS/LS-DYNA分析软件建立立井多段爆破三维数值模型，深入探索冻结表土段冻土爆破开挖下井壁的振动响应规律。研究结果表明：冻土爆破引起井壁振动的时程曲线各段波形区分明显，段装药量大、炮孔分布密集的3段辅助孔爆破对井壁振动影响最大，合速度为8.39 cm/s，均在安全范围以内；掏槽爆破时，井壁主要受纵波影响产生振动，垂向振速大于径向和切向振速；辅助爆破时，随着自由面增大，爆破产生的作用力逐渐向水平向扩展，井壁径向振速逐渐占优，垂向振速相对减小；运用一维弹性波理论，分析了爆破引起井壁的振动速度对混凝土应力之间的关系，计算结果小于混凝土抗拉强度；对比数值模拟结果与实测振速波形，验证了模型的可靠性和准确性，并通过模拟分析获得离...

立井冻土爆破开挖对冻结壁及冻结管产生振动影响，危害施工安全。通过开展立井冻土爆破模拟试验，分析了不同爆破参数下的振动传播衰减规律。结果表明：单孔爆破时，10%含水率冻土爆破引起的振动速度较大，为15%含水率冻土爆破的3倍，爆炸应力波主要由爆源向周围径向传播，引起未开挖土体的振动大于已开挖侧；双孔爆破时，10%含水率、15%含水率的振速表现差异较大；含水率为10%爆破时，工作面未开挖侧10cm附近三向振速较小，向两侧逐渐增大；含水率为15%爆破时，振速未表现出明显规律；四孔爆破，由于中空孔的存在，爆破能量充分释放，工作面两侧振速小于单孔爆破，爆破效果较好。

赵固二矿西风井项目采用冻结钻爆法施工,土体在冻结后物理性质的改变对爆破效果影响非常显著。为了加快工程进度,针对目前冻土爆破进尺小的问题,通过室内冻土试验获得冻土基本物理性质,开展系列单孔漏斗试验、宽孔距同段爆破漏斗试验。单孔爆破漏斗试验获得在装药量0.175kg时,冻土最佳炮孔深度0.45m,最佳爆破漏斗体积0.075m3,最佳爆破漏斗半径0.438m;五孔同段掏槽眼爆破时,获得爆破漏斗体积为0.382m3;一定药量下,周边眼爆破孔底距离为60cm时,冻土爆破轮廓效果较好。

以赵固二矿西风井冻结爆破掘进施工为背景,对爆破作用下冻结管的振动力学响应进行了研究。依据爆炸应力波理论,分析了考虑P波垂直入射时冻结管的力学响应机制。采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件模拟了冻结管受爆炸作用下的振动响应规律:振动波入射冻结管同一截面各测点振动速度相差不大,背爆侧振动速度最大,与P波入射成45°附近处冻结管振动速度较小。拟合出拉应力与振动速度的关系式。结合理论分析与数值模拟,得出冻土爆破时冻结管的安全阈值为64.76cm/s。研究成果可为类似工程爆破设计与振动控制提供参考。

针对光面爆破在深大立井冻土爆破中的应用问题,结合赵固二矿西风井冻结段掘进施工项目背景,开展了冻土光面爆破试验。通过试验,不断调整光面爆破参数,取得了较好的爆破效果。从爆破参数、装药结构及施工管理等方面,介绍了该井筒冻结段掘进施工中的光面爆破技术应用情况,对类似工程具有一定指导意义。

理论研究和室内试验在深层冻土爆破参数设计中存在着限制,结合赵固二矿西风井冻土掘进的施工特点,开展爆破参数优化现场实验。以掘进速度、安全、质量为评价依据,对炸药选择、钻眼机具、炮眼布置和深度、装药参数和起爆顺序等参数进行优化分析。结果表明:通过合理设置中空孔、一二级掏槽孔、辅助孔和周边孔的孔距与间排距,调整装药参数和雷管段位等手段,使得爆后土体均匀无大块,将爆破进尺由1.9 m提高至2.8 m,炮孔利用率由67.9%提高至93.3%;同时将爆破振动控制在安全范围以内,实测井壁最大振动速度为8.39 cm/s,保证了施工安全性;通过经济效益比较分析,优化后的爆破方案较之前显著提高了施工效率,缩减掘进工期44.5 d,大大节约了施工成本和冻结成本。