司家营南区大规模矿房阶段爆破参数分析①_胡巍巍.pdf

司家营南区大规模矿房阶段爆破参数分析 ① 胡巍巍， 翟会超 河钢集团矿业公司,河北 唐山 063000 摘 要 针对司家营南区矿体工程地质条件,采用大结构矿房分步空场嗣后充填法开采,利用大规模爆破技术落矿以使矿山井下 产能充分释放。 设计了下向垂直深孔侧向微差爆破参数为孔径 102 mm,孔深 30 m 左右,炮孔排距 2.0～2.5 m,每排分别布置 7～8 个炮孔。 运用 FLAC3D软件进行数值计算,验证了阶段爆破参数的可行性,揭示了凿岩硐室顶板及硐室间隔矿柱损伤突出,需支护 加固。 同时,研究了与之相适应的降震措施,以确保大规模爆破安全。 关键词 空场嗣后充填法； 深孔爆破； FLAC3D； 数值模拟； 爆破降震 中图分类号 TD327文献标识码 Adoi10.3969/ j.issn.0253-6099.2018.04.004 文章编号 0253-6099201804-0015-03 Analysis of Large-scale Bench Blasting Parameters for Underground Chambers in Southern District of Sijiaying Iron Mine HU Wei-wei, ZHAI Hui-chao Hebei Iron Steel Group Mining Co Ltd, Tangshan 063000, Hebei, China Abstract Aiming at the geological conditions of ore body in the southern district of Sijiaying Iron Mine, a mining of sublevel open stoping with subsequent backfilling was adopted for a large constructed room by using large-scale blasting technique, so as to fully release its capacity in the underground mining. Parameters for the vertically downward deep-hole millisecond blasting were determined as follows holes of 102 mm in diameter, 30 m in depth, hole array spacing at 2.0～2.5 m and 7～8 holes for each line in the array arrangement. The following numerical calculation with FLAC3Dverified the feasibility of the parameters for bench blasting. It is shown that there were prominent damage occurred on roof and interval pillar of the drilled room, which need to be supported and reinforced. Besides, the relative shock absorption measures for blasting were discussed in order to ensure the safety in the large-scale blasting operation. Key words open stoping with subsequent backfilling； deep hole blasting； FLAC3D； numerical simulation； shock absorption during blasting 河北钢铁集团司家营南区为大型地下贫铁矿,总储 量约 14.5 亿吨,平均品位 30.9％,设计年产能 1 500 万 吨,矿区总长 10 km,矿体倾角 55,厚度 150～300 m, 矿区内断裂构造较发育,影响矿坑充水。 地表因农田、 村庄原因不允许塌落。 研究采用大结构矿房分步空场 嗣后充填法开采,利用大规模爆破技术落矿以使矿山 井下产能充分释放［1-2］。 为确保地下开采安全,亟需 提出可行的大规模阶段爆破参数及其降震措施。 1 阶段爆破 根据 1 500 万吨年铁矿石产能需求,在大结构矿 房分步开采中实施规模爆破［3-4］。 设计矿房宽 20 m、 长 50 m、阶段高度 50 m,矿房顶部设计凿岩硐室、底部 堑沟结构。 在凿岩硐室中,使用 Simba364 型潜孔凿岩 台车钻凿下向垂直深孔,设计孔径 102 mm,孔深 30 m 左右,炮孔排距 2.0～2.5 m,每排分别布置 7～8 个炮 孔,孔间微差爆破。 在堑沟拉底巷道中,使用 SandvikDL421 液压凿岩 台车钻凿上向扇形中深孔,边孔角度控制在 45左右, 设计孔径 102 mm,炮孔排距 2.0～2.5 m,孔底距 2.4～ 2.8 m,矿块每排布置 12～13 个炮孔,炮孔布置形式如 图 1 所示。 该下向垂直深孔爆破具有爆破效果好、孔间微差 爆破震动小、凿岩硐室易于支护等特点。 ①收稿日期 2018-01-23 基金项目 国家重点研发计划项目2016YFC0801601；河北省自然科学基金E2017318003 作者简介 胡巍巍1982-,女,吉林白城人,工程师,主要从事矿山开采建设研究工作。 第 38 卷第 4 期 2018 年 08 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.38 №4 August 2018 ChaoXing 30 m20 m 45 堑沟拉底巷道 凿岩嗣室 图 1 下向垂直深孔爆破示意图 2 爆破数值计算 FLAC3D数值模型尺寸为 54 m 50 m 110 m, 模 型中堑沟高度 18 m,靠近矿房一侧；垂直深孔 32 m。 模型为均质各向同性材料,力学模型为摩尔库伦［5-6］。 通过对矿房内垂直深孔孔壁加载动力载荷,分析矿房凿 岩硐室及相邻采场的震动监测值。 监测点分布见图 2。 12 3 4 5 6 7 相邻矿房爆破矿房 凿岩嗣室 图 2 监测点布置形式 凿岩硐室监测点爆破振速峰值曲线见图 3。 计算时步 2.2 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.00 0.10.20.30.4 振速峰值/ cm s-1 3监测点 5监测点 7监测点 4监测点 6监测点 图 3 剖面凿岩硐室围岩监测点振速峰值曲线 振速峰值曲线中的最大值统计如表 1 所示。 计算 结果表明,质点距震源越远,振速峰值越低,受振动影 响越小；矿房阶段爆破对临近矿房上部质点震动影响 较小；矿房凿岩硐室围岩监测点振速峰值由高到低排 列顺序为右帮腰点＞顶板右脚点＞顶板中点＞左帮腰 点＞顶板左脚点。 表 1 剖面监测点振速峰值矢量和 监测点振速/ cms -1 10.52 20.62 30.74 40.68 51.26 62.11 72.13 另外,研究了爆破损伤系数 BDI,将 BDI 值绘制在 凿岩硐室周围,如图 4 所示。 0.641.84 0.591.82 1.09 图 4 凿岩硐室围岩 BDI 分布曲线 根据损伤特征与 BDI 值之间的关系［7］,得出凿岩 硐室顶板及硐室间隔矿柱损伤突出,将失稳冒落、垮 塌。 应对凿岩硐室围岩进行加固支护,增加其整体承 载能力。 3 降震措施 爆破震动不仅对采场周围工程有破坏作用,还严 重影响井下作业安全和地表正常生活、生产。 针对司 家营南区空场嗣后充填规模化开采特点,实施降振爆 破落矿,研究采取如下措施减弱炮振影响 1 利用 VCR 法［8］爆破技术进行切割井、拉切割 槽的工程施工,可以有效降低切割工程的爆破冲击,并 有效形成阶段落矿的自由面。 2 下向垂直炮孔孔间进行微差爆破,通过毫秒延 时,降低围岩、充填体对爆破的动态响应,减弱炮振。 3 孔内装药结构可选择间隔装药,或者研究孔内 不同段高进行微差分段爆破,达到降低爆破振动的 效果。 4 下向扇形深孔适当加大孔底距,减小最小抵抗 线,以使得炮能向端部自由面方向释放,弱化对围岩的 冲击影响。 61矿 冶 工 程第 38 卷 ChaoXing 5 对扇形孔孔口处装药量加以控制,避免孔口装 药量过分集中,导致爆破能量浪费和过大的炮振破坏。 6 对局部靠近裂隙带或断层,易引起地下水涌入 的位置,研究采取预裂爆破形成爆破冲击波的阻隔带, 达到爆破能量转移的效果,以减弱爆破振动影响。 7 对炸药品种进行优选,因不同炸药的波阻抗对 爆破强度呈线性关系,波阻抗越靠近岩石波阻抗,爆破 振动强度越大,研究优选适于司家营岩石性质的炸药 以降低爆破振动强度。 8 研究先形成矿房底部堑沟结构,给阶段爆破提 供底部自由面,则可降低阶段爆破炮孔孔底的装药量, 进而减弱炮振强度。 4 结 语 1 针对矿山工程地质条件,研究采用大结构矿房 分步空场嗣后充填法开采,大阶段爆破参数落矿。 2 设计下向垂直深孔崩矿,底部堑沟结构出矿, 下向垂直深孔孔径 102 mm,孔深 30 m 左右,炮孔排距 2.0～2.5 m,每排分别布置 7～8 个炮孔。 该爆破技术 具有效果好、爆破震动小、凿岩硐室易于支护等特点。 3 通过 FLAC3D数值计算,揭示了爆破震动对凿 岩硐室及相邻矿房不同位置的影响,以及凿岩硐室顶 板及硐室间隔矿柱损伤突出,需进行支护加固。 4 提出了符合大规模阶段落矿的一系列降震措 施,可以有效降低炮振,减小对围岩、充填体的损伤 破坏。 参考文献 ［1］ 于清军,胡忠强,李元辉. 急倾斜厚大矿体阶段深孔空场崩落联合 采矿法［J］. 金属矿山,2015314-18. ［2］ 翟会超,任凤玉,南世卿. 急倾斜厚大矿体矿房阶段爆破技术［J］. 东北大学学报自然科学版, 2017,38101486-1490. ［3］ Lu Wenbo, Yang Jianhua, Chen Ming, et al. An equivalent for blasting vibration simulation［J］. Simulation Modelling Practice and Theory, 2011,1992050-2062. ［4］ Zheng Zhitao, Xu Ying, Dong Jianghui, et al. Hard rock deep hole cutting blasting technology in vertical shaft freezing bedrock section construction［J］. Journal of Vibroengineering, 2015,1731105- 1119. ［5］ Zhu Ziqiang, Liu Qunyi, Zeng Fanhe, et al. Effective grouting area of jointed slope and stress deation responses by numerical analysis with FLAC3D［J］. Journal of Coal Science and Engineering, 2009,15 4404-408. ［6］ 陈占军,朱传云,周小恒. 爆破荷载作用下岩石边坡动态响应的 FLAC3D模拟研究［J］. 爆破, 2005,2248-13. ［7］ 朱传云,卢文波. 岩质边坡爆破振动安全判据综述［J］. 爆破, 1997,14413-17. ［8］ 任凤玉,翟会超. VCR 法开掘采空区充填井技术研究［J］. 有色金 属矿山部分, 2012,64145-47. 引用本文 胡巍巍，翟会超. 司家营南区大规模矿房阶段爆破参数分析［J］. 矿冶工程， 2018，38（4）15-17. 上接第 14 页 ［2］ 王路路,潘秋景,杨小礼. 三级台阶边坡稳定性分析的上限解研 究［J］. 铁道科学与工程学报, 2013,10343-46. ［3］ 刘 畅,张 见,彭 云,等. 采场顶板安全厚度与跨度及暴露面 积的关系研究［J］. 矿冶工程, 2016,36618-21. ［4］ Michalowski R L. Stability of unily reinforced slopes［J］. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 1997,1236 546-556. ［5］ 崔新壮,姚占勇,商庆森,等. 加筋土坡临界高度的极限分析［J］. 中国公路学报, 2007,2011-6. ［6］ 乔丽平,王 钊. 加筋土坡临界高度的研究［J］. 岩土力学, 2006, 271132-136. ［7］ 程亚男,孙树林. 加筋土坡地震稳定性的拟动力分析［J］. 西华大 学学报自然科学版, 2014,332102-105. ［8］ Michalowski R L, Dresher A. Three-dimensional stability of slopes and excavations［J］. Gotechnique, 2009,5910839-850. ［9］ Gao Y F, Yang S C, Zhang F, et al. Three-dimensional reinforced slopes uation of required reinforcement strength and embedment length using limit analysis［J］. Geotextiles and Geomembranes, 2016, 442133-142. ［10］ Chen W F. Limit Analysis and Soil Plasticity［M］. Amsterdam Elsevier Scientific, 1975. ［11］ Yang X L, Long Z X. Seismic and static 3D stability of two-stage rock slope based on Hoek-Brown failure criterion ［ J］. Canadian Geotechnical Journal, 2015,5331-8. ［12］ Xu J S, Yang X L. Effects of seismic force and pore water pressure on three dimensional slope stability in nonhomogeneous and aniso- tropic soil［J］. KSCE Journal of Civil Engineering, 2018,225 1720-1729. ［13］ Yang X L, Xu J S. Three-dimensional stability of two-stage slope in inhomogeneous soils［J］. International Journal of Geomechanics, 2017,177http∥doi.org/10.1061/ ASCE GM, 1943-5622. 0000867. ［14］ Xu J S, Yang X L. Seismic and static stability for 3D reinforced slope in nonhomogeneous and anisotropic soils［J］. International Journal of Geomechanics, 2018,187http∥doi.org/10.1061/ ASCEGM, 1943-5622.0001177. 引用本文 张 胜，白晓波，吕维超. 三维加筋折线边坡稳定性上限分 析［J］. 矿冶工程， 2018，38（4）11-14. 71第 4 期胡巍巍等 司家营南区大规模矿房阶段爆破参数分析 ChaoXing