临近胶结充填体矿房爆破装药结构及振动规律分析

崔光久, 李祥龙, 左庭, 孙龙, 陈浩. 临近胶结充填体矿房爆破装药结构及振动规律分析[J]. 矿产保护与利用, 2024, 44(4): 18-28. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2024.04.003
引用本文: 崔光久, 李祥龙, 左庭, 孙龙, 陈浩. 临近胶结充填体矿房爆破装药结构及振动规律分析[J]. 矿产保护与利用, 2024, 44(4): 18-28. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2024.04.003
CUI Guangjiu, LI Xianglong, ZUO Ting, SUN Long, CHEN Hao. Analysis of Blasting Charge Structure and Vibration Law of Stope Near Cemented Filling Body[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2024, 44(4): 18-28. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2024.04.003
Citation: CUI Guangjiu, LI Xianglong, ZUO Ting, SUN Long, CHEN Hao. Analysis of Blasting Charge Structure and Vibration Law of Stope Near Cemented Filling Body[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2024, 44(4): 18-28. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2024.04.003

临近胶结充填体矿房爆破装药结构及振动规律分析

  • 基金项目: 云南省重大科技专项(202202AG050014);云南省基础研究计划面上项目(202201AT070178)
详细信息
    作者简介: 崔光久(1999—),男,云南曲靖人,硕士研究生,主要从事工程爆破方面研究工作,E-mail:3166862794@qq.com; 李祥龙,男,安徽淮北人,教授,博士生导师。获授权发明专利17项、实用新型专利8项;以第一作者或通信作者发表SCI 13篇、EI 20余篇。出版著作两部,2020年12月15日获中国爆破行业协会科学技术 一等奖(排名第一)
    通讯作者: 李祥龙(1981—),男,安徽淮北人,博士,教授,主要从事工程爆破及岩石破碎研究工作,E-mail:lxl00014002@163.com
  • 中图分类号: TD235.3

Analysis of Blasting Charge Structure and Vibration Law of Stope Near Cemented Filling Body

More Information
  • 在采用空场嗣后充填法开采矿石过程中,为降低Ⅱ步骤回采矿房爆破落矿时,爆破冲击作用对Ⅰ步骤回采后进行胶结充填的矿柱造成的损伤,通过数值模拟方法,分析了不同厚度预留矿柱下空气间隔装药及砂石间隔装药两种装药结构在爆破过程中对临近胶结充填体的损伤情况。研究结果表明,两种装药结构在爆破过程中对紧邻胶结充填体侧的保留矿体的损伤范围及胶结充填体内损伤,随保留矿体厚度的变化情况基本一致。但与砂石间隔装药结构相比,空气间隔装药结构在粉碎区耗能较低,更多能量集中于裂隙区,炸药能量分布更均衡,破岩效能更优。此外,通过现场监测爆破振动数据,结合萨道夫斯基爆破振动衰减公式,对振动监测数据进行多元线性回归。得到爆破振动在充填体中X、Y、Z三个方向衰减系数分别为2.31、1.76、2.08,且回归曲线线性相关关系强,符合矿山实际,相关衰减系数可作为控制爆破过程中最大单响药量的理论依据。研究结论为井下回采爆破参数选择提供了理论依据,对井下安全开采具有一定指导意义。

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  • 图 1  三维模型

    Figure 1. 

    图 2  装药结构示意图

    Figure 2. 

    图 3  RHT模型极限面

    Figure 3. 

    图 4  起爆后不同时间的损伤云图

    Figure 4. 

    图 5  砂石间隔装药不同厚度预留矿柱损伤云图

    Figure 5. 

    图 6  空气间隔装药不同厚度预留矿柱损伤云图

    Figure 6. 

    图 7  测点布置示意图

    Figure 7. 

    图 8  峰值振速回归曲线

    Figure 8. 

    表 1  充填体力学参数

    Table 1.  Filling body mechanical parameters

    配比 强度参数 变形参数
    水泥添加量
    /(kg·m−3)
    质量
    分数/%
    尾砂添加
    /(kg·m−3)
    水添加量
    /(kg·m−3)
    内聚力
    /MPa
    抗压强度
    /MPa
    抗拉强度
    /MPa
    体积模
    量/MPa
    剪切模量
    /MPa
    150 72 1217 532 0.2 1.02 0.15 218.44 92.48
    160 72 1207 532 0.22 1.14 0.17 224.2 96.11
    170 72 1197 532 0.25 1.26 0.19 229.84 99.75
    180 72 1188 532 0.27 1.39 0.21 235.36 103.4
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    表 2  矿岩参数

    Table 2.  Ore−rock parameters

    岩石类型 抗压强度/MPa 抗拉强度/MPa 剪切强度 弹性模量/GPa 泊松比
    内聚力/MPa 内摩擦角/(°)
    矿体 72.7 5.1 8.4 45°47′ 86.8 0.26
    底板岩石 62.5 5.1 11.1 49°15′ 100.7 0.25
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    表 3  矿岩RHT本构参数

    Table 3.  RHT constitutive parameters of ore−rock

    参数名称 数值 参数名称 数值
    材料初始密度ρ0/(g·cm−3) 2.90 残余应力强度参数Af 1.192
    材料初始孔隙度a0 1.013 残余应力强度参数nf 0.567
    孔隙压实时的压力 Pc0/GPa 6.0 孔隙开始压碎的压力 Pe1/MPa 24.560
    孔隙度指数n 2.245 Hugoniot多项式系数A1/GPa 31.799
    单轴抗压强度fc/MPa 72.7 Hugoniot多项式系数A2/GPa 67.732
    拉压强度比 0.0679 Hugoniot多项式系数A3/GPa 66.386
    剪压强度比 0.339 状态方程参数B0 2.13
    剪切模量G/GPa 24.331 状态方程参数B1 2.13
    压缩屈服面参数 0.834 状态方程参数 T1/GPa 31.799
    拉伸屈服面参数 0.672 压缩应变率指数 βc/MPa 0.0166
    失效面参数A 2.633 拉伸应变率指数βt/MPa 0.0214
    失效面指数 N 0.519 参考压缩应变率 =30×10−6 s−1
    初始拉压子午比参数 Q0 0.6805 参考拉伸应变率 =3×10−6 s−1
    lode角相关系数B 0.0105 失效压缩应变率 =3×1025 s−1
    剪切模量缩减系数ζ 0.539 失效拉伸应变率 =3×1025 s−1
    损伤参数D1 0.04 状态方程参数T2 0
    最小等效塑性应变 0.00387 损伤参数D2 1
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    表 4  充填体RHT本构参数

    Table 4.  RHT constitutive parameters of filling body

    参数名称 数值 参数名称 数值
    材料初始密度ρ0/(g·cm−3) 1.899 残余应力强度参数Af 1.78
    材料初始孔隙度a0 1.035 残余应力强度参数nf 0.82
    孔隙压实时的压力 Pc0/GPa 6.0 孔隙开始压碎的压力 Pe1/MPa 1.45
    孔隙度指数n 3.1 Hugoniot多项式系数A1/GPa 4.12
    单轴抗压强度fc/MPa 1.02 Hugoniot多项式系数A2/GPa 5.03
    拉压强度比 0.061 Hugoniot多项式系数A3/GPa 1.06
    剪压强度比 0.15 状态方程参数B0 1.22
    剪切模量G/GPa 0.092 状态方程参数B1 1.22
    压缩屈服面参数 0.53 状态方程参数 T1/GPa 0.0412
    拉伸屈服面参数 0.7 压缩应变率指数 βc/MPa 0.154
    失效面参数A 2.643 拉伸应变率指数βt/MPa 0.091
    失效面指数 N 0.668 参考压缩应变率 =30×10−6 s−1
    初始拉压子午比参数 Q0 0.6805 参考拉伸应变率 =3×10−6 s−1
    lode角相关系数B 0.0105 失效压缩应变率 =3×1025 s−1
    剪切模量缩减系数ζ 0.5 失效拉伸应变率 =3×1025 s−1
    损伤参数D1 0.04 状态方程参数T2 0
    最小等效塑性应变 0.01 损伤参数D2 1
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    表 5  炸药模型材料参数

    Table 5.  Explosive model material parameters

    ρe/(kg·m−3) D/(m·s−1) PC−J/GPa V A/GPa B/GPa R1 R2 W E0/GPa
    1.1×103 4.5×103 4.6 1.0 62.5 2.32 3.6 1.6 0.41 3.14
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    表 6  空气模型材料参数

    Table 6.  Air model material parameters

    ρa/(kg·m−3) C0 C1 C2 C3 C4 C5 C6 E0/(kJ·m−3) V0
    1.29 0 0 0 0 0.4 0.4 0 250 1
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    表 7  振动监测数据

    Table 7.  Vibration monitoring data

    测点位置 总药量/kg 最大单响药量/kg 爆心距/m 速度/(cm·s−1
    切向(X 径向(Y 垂向(Z
    1# 3864 1178.4 28.57675 21.726 20.467 19.878
    2# 3864 1178.4 29.48362 19.347 18.357 18.676
    3# 3864 1178.4 31.34022 17.258 17.516 16.478
    4# 3864 1178.4 34.13472 15.932 16.179 15.652
    5# 3864 1178.4 36.26151 11.584 12.549 11.319
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出版历程
收稿日期:  2024-07-08
刊出日期:  2024-08-15

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