关于爆破回采工艺对金属矿深部采场围岩稳定性影响研究

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1、关于爆破回采工艺对金属矿深部采场围岩稳定性影响研究　　[摘要]近年来，随着我国经济的飞速发展，金属矿山开采日益增多，然而，在爆破回采工艺中，金属矿深部采场围岩的稳定性越来越受到人们的关注。因为，深部岩体处于高温、高地应力、高孔隙压力的环境，对于井下作业人员的生命安全和矿山开采工作的进展息息相关。本文主要是对爆破回采工艺对金属矿深部采场围岩稳定性的影响情况进行探讨分析，希望有助于促进我国金属矿山开采技术的提高。[关键字]爆破回采工艺金属矿深部采场围岩稳定性[中图分类号]TD853[文献码]B[文章编

2、号]1000-405X（2013）-1-84-26工程爆破具有效率高、功率大、破坏威力大以及作用时间短等特点，从而使之在金属矿山深部开采中得到广泛的应用。因此，实施爆破后在短时间内会产生高温高压的爆炸气体和冲击波，并迅速由爆源向岩石传播，从而造成金属矿山井下巷道的局部破坏如冒顶、冒水坍塌、开裂、底鼓等，使得开采现场周围岩石会产生裂隙发生应变，甚至还会引起矿井的整体坍塌和地质灾害，最终影响到整个金属矿山的围岩稳定性。所以，根据爆破回采工艺特点，对爆破波作用下硐室围岩稳定性进行分析，为金属矿山深部围岩

3、稳定性理论的研究等提高可靠的依据。1金属矿山深部采场围岩的失稳分析在采用爆破回采工艺的金属深部采场中，对于其围岩稳定性的分析方法比较多，主要是根据失稳判据来表明深部采场岩体是否处于极限平衡状态。本文主要通过以下方面对金属矿山深部采场围岩的失稳分析进行相关阐述：1.1围岩变形率或变形量的判据调查显示，目前国内外金属矿山深部采场围岩的失稳分析的规范都是以变形速率或变形值为主，其依据是只要围岩变形速率或变形量超过一个极限值，岩体即发生破坏。同时，对于不同的金属矿山深部采场，其围岩极限还要根据围岩向内收敛

4、位移、围岩极限应变判据以及收敛比判据等进行分析。然而，根据牛顿运动定律分析可知，将变形速率或变形值直接用于软弱围岩的判断往往效果不佳，因为，加速度由负值渐趋为零是物体从运动转变为静止状态的必要条件是。由此可见，有关金属矿山深部采场围岩稳定性的判据，应该以加速度为主，同时，还应辅以变形速率或变形值，最终提出变形速率比值判据，才能更准确地判断出金属矿山深部采场围岩的失稳情况。1.2围岩强度判据6围岩强度判据在金属矿深部采场围岩稳定性数值分析中的应用较为常见，围岩强度判据的理论基础是如莫尔库仑准则或德鲁

5、克-普拉格准则等的强度破坏理论。主要是指在约束压力较低的情况下，如果金属矿深部岩体内某斜截面的剪应力超过破坏理论规定的滑动界限范围时，岩体就发生剪切极限破坏，从而影响到其附近围岩的稳定性。从物理角度分析，金属矿山深部采场围岩丧失稳定就是其中应力达到或超过岩体强度的范围比较大，超出其该围岩能够承受的极限值，最后形成一个连续贯通的滑裂面和塑性区，此时，这部分岩体将会产生很大形变量。所以，隧道围岩稳定性评价实质上说就是岩体应力和变形的分析。2计算模型的建立2.1金属矿山地质概况本研究所涉及的矿区为地势东

6、高西低，低山丘陵，矿体底柱黄龙灰岩中发育有溶洞，规模比较小，中间谷地开阔；矿区水文地质条件属中等类型；矿区内的控矿构造主要有断裂、褶皱、古岩溶。目前，该矿区已经完工了一条主竖井的开挖工作，从主巷道开挖有若干穿脉巷道，在从地表以下约300m竖井处横向开挖主巷道，每条主巷道之间中段的竖向间距为70m。本研究计算的模型取-450m-550m中段进行分析。2.2计算原理分析6静力荷载和动力荷载是围岩稳定性分析计算模型中必须考虑的因素，而这两种分析方法在计算上的主要差别在于是否考虑惯性力的影响。其中，结构动

7、力分析金属矿深部采场围岩稳定性最终目的在于确定动力荷载作用下结构的内力、位移等量随时间的变化规律，并从中找出一个极限值作为设计或验算的依据。在金属矿山回采过程中，爆破工程荷载属于瞬态荷载，需要应用瞬态动力学模型对其进行分析，要根据瞬时动态的特征，分析计算结构在随时间任意变化的荷载作用下的力学响应，进而得到瞬态荷载作用下随时间变化的应变、位移、应力。一般情况，都是采用达朗贝尔原理和有限元的集合方法，以下为有限元动力平衡方程为：2.3爆破荷载取值对于爆破荷载的应力峰值Pmax，应该采用如下公式进行求解

8、：在爆破回采工艺中，对于一个装药炮孔，冲击波的初始峰值压力就是爆轰波作用在岩石上的最初压力，炮孔上受到的初始波峰压力由上式计算而得。其中，Cer为金属矿深部采场岩体中纵波波速；Pr为岩体冲击波的初始波峰压力；ρr为岩体冲击波的初始波峰压力；ρ0为炸药密度；为炸药的爆轰压力。6根据计算实际情况，如果爆破荷载以压力的形式均匀地作用于爆源节点，爆破微差时间间隔为15ms，将爆破荷载曲线简化为与之相一致的三角形荷载曲线。冲击荷载曲线典型的卸载时间为90毫秒左右，升压时间为10毫毫秒左右，本