扇形孔爆破落矿大块产生机理及控制研究.pdf

第3 2 卷第2 期 爆破 V o l 3 2N o 2 2 0 1 5 年6 月B L A S T I N G J u n ．2 0 1 5 d o i 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 4 8 7 X ．2 0 1 5 。0 2 ．0 0 1 扇形孔爆破落矿大块产生机理及控制研究水 王平1 ’2 ，李1 , 2 许梦国1 ’2 1 ．武汉科技大学资源与环境工程学院，武汉4 3 0 0 8 1 ； 2 ．冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室，武汉4 3 0 0 8 1 摘要针对程潮铁矿无底柱分段崩落法井下扇形孔爆破落矿大块率偏高影响安全生产的现状，利用现场 调研数据进行大块产生机理分析，得出大块分布规律，指出孔底距偏大是导致大块率偏高的主要原因，并针 对性地提出2 种扇形孔改进方案。通过相似模拟试验研究分析得出改进后的方案大块率大幅度降低，并指 出大块率随着排距的降低而减小。通过数值模拟研究得出爆破应力波在相邻炮孔间的叠加效果，提出存在 某种合理的范围，当相邻炮孔爆破应力波在这范围内相互叠加或碰撞时，应力可以得到几何倍数的增加；而 小于这个范围时爆破应力却出现降低的情况；当超出这个范围时，应力波的叠加或碰撞程度表现得很低。在 现场实施改进后的扇形孔布孔方案后，大块率得到显著的降低。 关键词 无底柱分段崩落法；扇形孔；大块率；孔底距 中图分类号T D 2 3 5 ．3文献标识码A文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 5 0 2 0 0 0 1 一1 0 P r o d u c t i o nM e c h a n i s ma n dC o n t r o lM e a s u r eo f B o u l d e rb yF a nS h a p e dR o u n dB l a s t i n g W A N GP i 昭1 ”，L IB i n l ”，X UM e n g ．g u 0 1 2 1 ．C o l l e g eo fR e s o u r c ea n dE n v i r o n m e n tE n g i n e e r i n g ，W u h a nU n i v e r s i t yo f S c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，W u h a n4 3 0 0 8 1 ，C h i n a ；2 ．H u b e iK e yL a b o r a t o r yf o rE f f i c i e n t U t i l i z a t i o na n dA g g l o m e r a t i o no fM e t a l l u r g i cM i n e r a lR e s o u r c e s ，W u h a n4 3 0 0 81 ，C h i n a A b s t r a c t A i m i n ga tc u r r e n ts i t u a t i o no fh i g hb o u l d e ry i e l dw h i c hh a sa l r e a d yi n f l u e n c e ds a f e t yp r o d u c t i o ni nt h e m i n i n gw i t hn o n p i l l a rs u b l e v e lc a v i n gf a ns h a p e dr o u n db l a s t i n gi nC h e n c h a oi r o nm i n e ，t h em e c h a n i s mo fb o u l d e r p r o d u c t i o nw a sa n a l y z e db a s e do nt h eo n - s i t ed a t a ，a n dt h ed i s t r i b u t i o no fb o u l d e rw a so b t a i n e da n dt h es l i g h t l yl a r g e r h o l e b o t t o ms p a c i n gi st h em a i nr e a s o nc a u s e dh i g hb o l d e ry i e l d ．T h e nt w oi m p r o v e m e n ts c h e m e so ff a ns h a p e db o r e h o l ew e r ep u tf o r w a r d ．T h o u g hs i m u l a t i o ne x p e r i m e n t ，t h ei m p r o v e ds c h e m e sd e c r e a s e dg r e a t l yb o u l d e ry i e l dw h e n d i s t a n c eb e t w e e nt w or o w sr e d u c e d ．T h es u p e r p o s i t i o ne f f e c to fe x p l o s i o ns t r e s sw a v ew a sr e s e a r c h e dt h r o u g hn u m e r i c a ls i m u l a t i o n ，a n di te x i s t sar e a s o n a b l er a n g e ．T h eb l a s t i n gp r e s s u r ei n c r e a s e si ng e o m e t r i c a l l ym u l t i p l i e dr a t ew h e n b o r e h o l es p a c ei si nt h i sr a n g e ．W h e r e a si tp r e s e n t sd e c r e a s e dw h e nt h es p a c ei su n d e rt h er a n g e ，a n dt h es u p e r p o s i t i o ne f f e c tb e c o m e si n c o n s p i c u o u sw h e nt h es p a c ee x c e e d st h er a n g e ．T h eb o u l d e ry i e l dd e c r e a s e ds i g n i f i c a n t l yw h e n t h ei m p r o v e m e n ts c h e m e sw e r ei m p l e m e n t e do n s i t e ． K e yw o r d s n o n p i l l a rs u b l e v e lc a v i n g ；f a ns h a p e db o r e h o l e ；b o u l d e ry i e l d ；h o l e b o t t o ms p a c i n g 收稿日期2 0 1 5 0 4 2 1 作者简介王平 1 9 7 2 一 ，男，副教授、硕士，主要从事工程管理与 岩土工程研究， E m a i l w a n g p i n g w u s t ．e d u ．c n 。 基金项目国家自然科学基金资助项目 编号5 0 8 0 4 0 3 6 ；武汉市晨 光计划资助项目 编号2 0 1 0 5 0 2 3 1 0 4 5 ；湖北省教育厅重 点项目 D 2 0 1 1 1 1 0 7 无底柱分段崩落法由于其高效率、高度机械化、 工艺简单、生产安全和成本低廉的特点，在金属矿山 得到迅速推广，特别是铁矿山更为广泛，目前采用这 种方法开采的矿石至少已占地下铁矿山矿石总产量 万方数据 2爆破 2 0 1 5 年6 月 的7 0 ％⋯。无底柱分段崩落法的采矿机理主要是 矿石和围岩的爆破崩落口。，从而得到适合出矿的块 度。然而，无底柱分段崩落法在实际爆破落矿过程 中会产生较多的大块，不仅增加了成本、降低了采矿 效率，还影响了采矿的安全生产。目前由于生产任 务紧张，这一问题变得越来越突出，为了保证井下生 产正常安全地进行，降低大块率迫在眉睫。 影响岩石爆破块度的因素有很多，包括爆破参 数、炸药参数、岩石物理力学参数、地质条件和施工 质量等各种不同类型的条件。很多采矿学者对如何 降低大块率进行了研究，文献[ 3 - 6 ] 主要是根据现 场经验对爆破工艺，包括炸药单耗、装药结构和爆破 条件等进行改进来改善爆破效果；文献[ 7 ] 利用脆 性材料爆破模拟试验揭示扇形炮孔爆破的方向性与 顺势破坏效应，以此来改进爆破参数；文献[ 8 ，9 ] 分 别采用有限元软件对排距和起爆方式进行了模拟； 文献[ 1 0 ] 利用人工神经网络的方法来分析各因素 对岩石爆破质量的影响；文献[ 1 1 ] 研究了软弱结构 面对爆破想过的影响；文献[ 1 2 ] 研究了炮孔堵塞长 度对大块率的影响。 研究以程潮铁矿西区井下扇形孔落矿大块率偏 高为例，从大块产生机理、相似模拟试验、数值模拟 和现场工程实践来降低大块率。 1 工程背景 程潮铁矿位于湖北省鄂州市东南，是全国大型 黑色冶金地下矿山之一，是武钢重要的优质自产铁 矿石和球团矿原料基地。程潮矿区是一个大型的磁 铁矿及硬石膏矿共生隐伏矿床，属于接触交代 矽 卡岩型 矿床。矿体以1 5 号勘探线为界分为西区 和东区两个矿区，东区围岩及铁矿体比较发育、破 碎，西区围岩及铁矿体完整性较好、稳固性和坚固性 良好。多年以来，程潮铁矿东区和西区一直采用无 底柱分段崩落法进行采矿，采用相同的采场结构参 数，分段高度1 7 ．5m ，进路间距1 5m ，崩矿步距 1 ．8 ～2 ．5m ，同样参数的爆破落矿作业，在东区爆破 后产生的大块率较低，而西区大块率却偏高。目前 由于采矿成产任务紧张，程潮铁矿西区大块率偏高 的问题变得越来越突出出矿效率低，影响了正常的 采矿生产，增加了矿石的二次爆破量和采矿成本，也 成为采矿安全生产的一大隐患。 程潮铁矿铁矿体主要的物理力学参数如表1 所 示，采用单排1 1 孑L 中深孑L 爆破落矿，炮孔排面布置 剖面和参数如图1 所示，炮孔孑L 径咖为8 0m m 。 表1 岩体物理力学参数 T a b l e1 P h y s i c a la n dm e c h a n i c a lp a r a m e t e r so fr o c k j } 1 沁 r， 5 魄∥ l 兰 l 三l 世剐 } 一 1 1 5 ．0 一 图1 单排1 1 孑L 布置图 单位m F i g ．1S i n g l er o wo f1 1 b l a s th o l e ss e c t i o n u n i t m 2 大块产生机理 为了降低大块率，必须弄清楚中深孔落矿大块 产生的机理，为此首先就是要进行现场调研。在 一3 9 5m 水平将1 7 和1 8 两条进路作为数据收集 点，需要收集的数据主要有中深孔参数、炸药厂家、 炸药消耗量、大块总数、出现大块时对应的出矿车 数、大块尺寸以及总出矿车数。 2 ．1 大块产生部位分析 对大块产生部位的分析是很重要的一个环节， 它可以帮助弄清爆破后大块的位置分布情况，有利 于采取针对性的技术措施来改善大块集中出现部位 中深孔的布置参数。每排孔爆破后，在出矿时记录 产生大块对应的出矿车数，按孔口部分 1 ～ 1 0 0 车 、中间部分 1 0 1 车～2 0 0 车 和孔底部分 2 0 0 车以上 这3 个类别归类统计如表2 所示。 从表2 中可以明显看出前1 0 0 车产生的大块 只占很少的比例，出矿1 0 0 车以后产生的大块数量 明显增加，占绝大部分比例。这些说明产生大块的 部位主要集中在爆破范围的中上部。 2 ．2 爆破块度灰关联分析 灰色关联分析方法作为衡量因素间关联程度的 一种方法，其基本思想是根据序列曲线几何形状的 相似程度来判断其联系是否紧密。曲线越近，相应 万方数据 第3 2 卷第2 期王平，李斌，许梦国扇形孔爆破落矿大块产生机理及控制研究 3 序列之间的关联度就越大，反之就越小。灰色关联 分析是在各因素特征指标为同向指标，即极性一致 的指标基础上进行的，若各因素的特征指标极性不 一致，应先进行极性变换为极性一致的特征指标，再 进行灰色关联分析。13 I 。灰色关联分析方法弥补了 采用数理统计方法作系统分析所导致的缺憾。它对 样本量的多少和样本有无规律都同样适用，而且计 算量小，十分方便，更不会出现量化结果与定性分析 结果不符的情况“。 表2 大块产生部位统计表 T a b l e2S t a t i s t i cr e p o r t so fb o u l d e rp r o d u c t i o np o s i t i o n 本次研究取爆破后的大块个数 y 。 和平均块度 Y 这两个指标作为系统特征变量数据序列；取孑L 底距 戈。 、炸药消耗量 戈 、排距 菇， 和孔底密集 系数 菇。 作为相关因素变量数据序列，如表3 所示。 对表2 中数据进行灰色绝对关联度计算，得到 灰色绝对关联矩阵，结果列于表4 。 由表4 可知，四个爆破参数对块度分布参数影 响的顺序为炸药消耗量，孔底距，孔底密集系数和 排距 相应的E 占。为1 ．1 7 2 1 6 ，1 ．1 1 6 7 8 ，1 ．1 0 3 9 5 和1 ．1 0 3 9 4 。炸药消耗量的灰色关联度为 1 ．1 7 2 1 6 ，是各因素的最大值，炸药消耗量是对大块 个数起主要影响作用，这说明在爆破参数中炸药单 耗选择的不合理，或者是装药密度不够，导致炸药用 量不够，致使爆破效果不理想，从而产生较多的大 块；其次就是孔底距的影响，由于中深孔孔深较大， 矿石的硬度比较坚硬，在凿岩钻孔中会导致钻孔发 生偏斜，尤其是两侧的钻孔更容易发生偏斜，导致孔 底距偏大，从而致使在爆破中孔底部位产生大块；孑L 底距、炸药消耗量、排距和孔底密集系数对大块平均 块度的影响效果差不多，因此要平衡这四个相关因 素变量的关系来降低平均块度。 2 ．3 岩体物理力学性质变化时对爆破大块率的影 响分析 同条进路爆破时，当周围岩体物理力学性质发 生变化时，同样的爆破参数对爆破效果有一定程度 的影响。同进路相邻5 排炮孔爆破统计数据如表5 所示。 程潮铁矿份东区和西区，西区的岩体坚固性和 完整性比东区好，东区的岩体比较发育、破碎，同样 的参数爆破效果差异却很大东区不存在大块率高 的问题，矿石爆破的比较破碎，而西区大块率高，已 经影响到正常的出矿工作和出矿效率。通过表5 也 可以反映出这个问题，西区同一条进路相邻的排位， 爆破参数都一样，由于4 排和5 排岩体比较破碎，大 块率明显比1 排和2 排要低很多，这说明，在岩石条 件不好的情况下，爆破效果是比较理想的。在第5 排出矿到6 2 0 车时有约3m 的巨块卡斗，这个应该 是钻孔偏斜导致孔底距过大而造成的。 表3 爆破参数与块度指标 T a b l e3 B l a s t i n gp a r a m e t e r sa n dl u m p i n e s si n d i c a t o r s 万方数据 4爆破2 0 1 5 年6 月 表4 灰色绝对关联矩阵 T a b l e4 G r e yi n c i d e n c em a t r i x 表5 岩体变化前后爆破数据统计 T a b l e5 B l a s t i n gs t a t i s t i c a ld a t ao fr o c kc h a r a c t e r i s t i c c h a n g e da n du n c h a n g e d 2 ．4 现场调研结论 通过以上分析，可以得到一下结论 1 西区岩体坚固性和完整性程度比东区好是 产生大块的直接原因，因此以往在东区适用的爆破 参数在西区并不适用。 2 大块主要产生在靠近孔底的位置，而在靠 近孔口处大块较少，可见孔底距偏大是造成这种情 况的主要原因。 3 炸药单耗偏低和孔底距偏大是影响扇形孔 爆破块度的主要因素。 3 大块产生相似模拟试验 鉴于在现场进行原位爆破试验研究具有高度危 险性，建立地质力学模型进行室内相似模拟试验研 究，该试验在基本满足相似原理的基础上，对不同参 数中深孑L 进行模拟爆破，在试验中找出大块产生机 理，优化爆破参数，为科学决策提供参考。通过大量 的工程实践表明，依据相似原理建立地质力学模型的 试验方法是研究地下采矿问题一种行之有效的方法。 针对现场调研结论中孔底距偏大影响爆破块度 较大，拟设计的方案有单排1 2 孔和单排双心1 2 孔， 具体炮孔排面布置剖面图和参数分别见图2 和图3 。 3 ．1 模型制作 按照图4 所示的模型大小尺寸及各方案的参 数，添加适宜的水将铁精矿粉、重晶石粉和石膏混合 均匀，然后将混合后的相似材料放人模版中充分捣 实，注意控制好排距，按照中深孔的参数放置钢筋 直径为6m m ，并事先在钢筋上涂抹一层机油，以 便后面拔出钢筋，钢筋拔出后便形成中深孔。在室 内放置3 ～5d ，在模型未完全干时取出钢筋，然后继 续在室内常温养护2 0 ～3 0d ，模型基本上完全硬化 成形 见图5 ，即可做中深孔模拟爆破相似试验。 六 ● 淞 r， f “纱 2 兰 三l l 惴I 图2 单排1 2 孔布置图 单位m F i g ．2S i n g l er o wo f1 2b l a s th o l e ss e c t i o n u n i t m ，、 厶 淞 r， L 影 2 兰 。lr 三I 惴 t 虱3 单排双心1 2 孑L 布置图 单位m F i g ．3S i n g l er o wo ft w i n c o r e1 2b l a s t h o l e ss e c t i o n u n i t m 3 ．2 爆破模拟试验 在给模型装药前先对模型进行称重，然后向中 深孔中插入引线装入火药 主要成分是黑火药 ，并 记录装药量，用橡皮泥作为炮泥堵塞炮孔。将装完 药的模型放到固定支架上，添加与模型不同颜色的 小碎石 粒径在4 0 0 ～8 0 0m m 作为覆盖层，然后点 燃引线进行中深孔爆破模拟试验。爆破结束后收集 粒径在6m m 以上的大块，并作记录。试验过程如 图6 所示。 万方数据 第3 2 卷第2 期 王平，李斌，许梦国扇形孔爆破落矿大块产生机理及控制研究 5 中心 图4 尺寸模型 单位c m F i g ．4D i m e n s i o nm o d e l u n i t c m 3 ．3 试验结果与分析 3 ．3 ．1 试验结果 通过对中深孔不同爆破参数进行相似模拟试验， a 爆破支架 a B l a s t i n gs u p p o r t e 添加覆盖层 e A d d i n go v e r b u r d e n 考虑到模型模拟的爆破范围略大于现场实际爆破落 矿的范围，故在统计结果中去除带模型边缘的大块， 得到试验结果如表6 所示，其中大块率是指每爆破 1 0 0 0t 矿石所产生的大块个数，现场爆破1m 有 1 0 0 0t ，在相似试验中1 0m m 就相当于现场的1m 。 图5 模型俯视图 F i g ．5 M o d e lv e r t i c a lv i e Ⅵ b 爆破模型 b B l a s t i n gm o d e l f d 爆堆 d M u c kp i l e e 收集的大块 e C o l l e c t e db o u l d e r 图6 爆破模拟试验过程 F i g ．6 P r o c e s so fb l a s t i n gs i m u l a t i o n 万方数据 6 爆破2 0 1 5 年6 月 3 ．3 ．2 结果分析 根据得到的试验结果，采用线性分配法对其进 行分析，表3 中有3 个评价指标大块个数、平均块 度和大块率。根据本研究的内容和性质，各评价指 标的权重分别定为0 ．4 、0 ．1 和0 ．5 。各方案在个评 价指标下的排序结果如表7 所示。 表6 试验结果 T a b l e6R e s u l t so fe x p e r i m e n t 表7 各指标下方案的排序 T a b l e7A l t e r n a t i v er a n k i n gb a s e do ni n d e x e s 利用文献[ 1 5 ] 中的匈牙利法得到方案排序向 量A A ‘ A P A 8A 6A 5A 4A 7A 9A IA 2A 3 由此可以得到，方案A 。 单排双心1 2 孔，排距 1 8m m ，现场对应的崩矿步距为1 ．8m 最优，其次是 方案A 。 单排1 2 孑L ，排距1 8m m ，现场对应的崩矿 步距为1 ．8m 。从表6 中可以得到同样的布孔参 数，装药量相差不大的情况下，随着排距的降低大块 个数和大块率得到明显的降低，说明崩矿步距对爆 破效果存在着很大程度的影响。从相似模拟试验结 果来看，通过减小孔底距设计的单排1 2 孔和单排双 心1 2 孔爆破效果明显比单排1 1 孔改善很多，大块 率得到很大程度的降低。 ． 另外，在做试验的过程中发现当装药量不足致 使装药密度偏小时爆破效果很不理想，特别是当排 距偏小时，很容易形成“隔墙”，如图7 所示。 图7 装药量不足时产生的“隔墙” F i g ．7 P a r t i t i o np r o d u c e dw h e nl a c ko fe x p l o s i v e 4 中深孔爆破数值模拟 采用非线性显示动力学软件A U T O D Y N 对不同 参数的中深孔进行数值模拟研究，可以清楚直观地 得出不同参数中深孔爆破应力波的传播规律，为制 定降低大块率的方案提供科学的依据。 4 ．1 材料参数选择 模拟中用到的材料有两种炸药 A N F O 和岩 石 铁矿石 。 4 ．1 ．1 炸药模型及相关参数 模拟爆破炸药为胺油炸药 A N F O ，在程序中 描述高能炸药爆轰产物压力一体积关系选用应用最 为普遍的唧L J o n e s W i l k i n s L e e E O S ，J w L 状态 方程的P ．V 关系如下刮 P A 一剖e 幽” 曰 ，一南 e 啦” 半 1 式中P 为压力；A 、B 、R ，、R 、∞为炸药常数；V 是爆 炸产物的相对体积；E 。为初始内能密度。 本次研究采用的A N F O 炸药各参数如表8 所示。 万方数据 第3 2 卷第2 期王平，李斌，许梦国扇形孔爆破落矿大块产生机理及控制研究 7 表8A N F O 炸药参数 T a b l e8P a r a m e t e r so fe x p l o s i v eA N F O 参数取值 密度p ／ g c m 。 A ／k P a B ／k P a R l 尺2 ∞ 爆速D ／ m s 。1 爆压P c J ／k P a 初始内能密度E o ／ k J m 。3 4 ．1 ．2 岩石模型及相关参数 J o h n s o n 和H o l m q u i s t 提出了一种适用于脆性材 料 如岩石、混凝土和陶瓷 的本构模型 J H 模 型 o7 | ，可以用来研究这类脆性材料的冲击和爆炸 问题。铁矿石可以认为是一种脆性材料，这里选用 J H 本构模型模型。J H 本构模型包括有强度模型 和失效模型，在A U T O D Y N 中使用J _ H 本构模型时， 必须同时使用其强度模型和失效模型L 8J 。J ．H 本构 模型的具体内容详见文献[ 1 3 ] 。 a 单排1 1 孔 a S i n g l er O W o f11b l a s th o l e s 本次研究采用的岩石各参数如表9 所示，表中 A 、Ⅳ、B 、肘、C 、D 。和D 2 为材料常数。 表9 岩石的基本参数 T a b l e9P a r a m e t e r so fr o c k 4 ．2 数值模拟计算模型 A U T O D Y N 在研究岩石破坏方面有了成功的应用 案例‘1 93 。本次研究中建立的计算模型如图8 所示。 b 单排1 2 孔 C 单排双心1 2 孔 b S i n g l er o wo f1 2b l a s th o l e s C S i n g l er o wo f t w i n c o r e1 2b l a s th o l e s 图8 计算模型 F i g ．8 C a l c u l a t i o nm o d e l 图8 中绿色区域代表岩石，蓝色条状代表A N F O 炸药，红色标记点为炸药起爆点 孔底起爆 ，数 字标记点为高斯点，边界条件为无反射边界，边界材 料为岩石。模型尺寸为2 40 0 0m m 4 20 0 0m m ，考 虑到炮孔直径为8 0m m ，按4 0m m 4 0m m 划分网 格，总共有6 3 00 0 0 个单元。高斯点设置在孔底、孔 口和中间位置，分别用来记录孔底、孔口和中间位置 的爆破过程。 4 ．3 模拟结果与分析 基于以上计算模型、状态方程、J ．H 本构模型和 相关参数，在A U T O D Y N 中进行计算，计算到3 ．2m s 左右爆破已到孔口位置，可以认为爆破过程基本完 成了，得到的材料状态如图9 所示。 从图9 中可以明显观察到由于孔口处炮孔排列 比较密集，爆破后此部位产生非常密集的爆破裂隙； 随着炮孔间距的增大，爆破裂隙逐渐减少。尤其是 值一镐2，9巧跖∞凹∞炳贼。 取一∞3。3 m m m n n m 皴一～一一一～AⅣ口M c q 眈 一撕觏朝靴， 吼蚶觥嘶m粥啪酣|妻 m t L 王L m 4 孓冰 万方数据 8 爆破2 0 1 5 年6 月 单排11 孔，中问5 个炮孔在靠近孔底位置的爆破裂 隙比后两种明显系数很多。 蠹 a 单排1 1 孔 a S i n g l er o wo f1 1 b l a s th o l e s b 单排1 2 孔 b S i n g l er o wo f1 2b l a s th o l e s 图9 材料状态图 F i g ．9 M a t e r i a ls t a t e 4 ．3 ．1 最大爆破应力分析 在爆破应力波作用下岩石的破碎过程主要由两 方面决定 1 应力波产生的最大应力； 2 应力波 的比冲能和比能。2 ⋯。这里主要从最大爆破应力来 分析研究以上3 种扇形孑L 的爆破效果。 按孔底、孔口和中间位置统计3 种扇形孔中高 斯点的最大爆破应力，如表1 0 所示。 表l O 最大爆破应力统计表 单位k P a T a b l e1 0S t a t i s t i c so fm a x i m u mb l a s t i n gp l r e 辎Ⅷ陀 u n i t k P a c 单排双心1 2 孔 在研究动力学问题时通常需要采用动态强度， 然而动态强度很难确定，一般情况下动态强度可以 超过相对应静态强度一个甚至数个数量级心1 】。从 表1 0 中可以观察到单排1 2 孔和单排双心1 2 孑L - f L 底位置的最大爆破应力比单排11 孑L 高，但接近超过 静态强度一个数量级；单排1 2 孔和单排双心1 2 孑L 中间位置的最大爆破应力超过单排1 1 孔5 0 ％左 右，并且超过静态强度一个数量级；单排1 2 孔和单 排双心1 2 孔孔口位置的最大爆破应力比单排1 1 孑L 低2 0 ％左右，但是远超过静态强度一个数量级。 通过以上数据分析可以得到通过减小孔间距， 扇形孔中间位置的最大爆破应力得到很大幅度的提 高，说明此位置相邻炮孔距离减小到某种合理的范 围，可以很大程度的加强爆破应力波的叠加和碰撞 从而使爆破应力增加；在孔底位置，这部分相邻炮孔 距离仍然较大，但单排1 2 孔和单排双心1 2 孔孑L 底 位置的最大爆破应力仍然有小幅度的增加，说明炮 孔间距的降低可以加强爆破作用；然而在孔口位置， 减小孔间距后最大爆破应力却呈现降低情况，这说 明当炮孔间距小于某范围时会削弱爆破应力波的叠 加和碰撞从而使爆破应力降低。 4 ．3 ．2 爆破应力云图分析 在A U T O D Y N 数值计算结束后可以得到3 种扇 形孔的爆破应力云图，如图1 0 所示，可以清楚观察 到爆破应力分布情况。 图1 0 中蓝色到红色代表应力增加方向。从图中 可以明显观察到，单排1 1 孔爆破应力分布情况比较 差，高应力主要集中在孔E l 位置，而在中间以及靠近 万方数据 第3 2 卷第2 期 王平，李斌，许梦国扇形孔爆破落矿大块产生机理及控制研究 9 孑L 底位置的爆破应力普遍呈现较低的情况；单排1 2 孔和单排双心1 2 孔爆破应力较高区域分布则非常广 泛，尤其是中间位置的爆破高应力范围比单排1 1 孔 多出很多，然而中间炮孔孔底部分区域仍出现爆破应 a 单排1 1 孔 a S i n g l er o wo f11b l a s th o l e s 力偏低的情况。通过比较3 种扇形孑L 爆破应力云图 可以得出，降低炮孔间距，可以很大程度的增加爆破 高应力的分布范围，有效的改善整体爆破效果。 b 单排1 2 孔 1 3 单排双心1 2 孔 b S i n g l er o wo f1 2b l a s th o l e s c S i n g l er o wo f t w i n c o r e1 2b l a s th o l e s 图1 0 爆破应力云图 F i g ．1 0 C o n t o u ro fb l a s t i n gp r e s s u r e 4 ．3 ．3 爆破破坏云图分析 为了更直观的观察爆破破坏程度，在数值计算 a 单排1 1 孔 a S i n g l er o wo f11b l a s th o l e s 结束后可以得到3 种扇形孔的爆破破坏云图，如图 1 1 所示。 b 单排1 2 孔 c 单排双心1 2 孔 b S i n g l eI O Wo f1 2b l a s th o l e s C S i n g l er o wo f t w i n c o r e1 2b l a s th o l e s 图1 1 破坏云图 F i g ．11 C o n t o u ro fd a m a g e 图11 中颜色越接近红色代表破坏程度越大，反 之越接近蓝色破坏程度越小。在靠近孔口位置，3 种扇形孑L 的破坏程度比较接近，因为在前面分析到 孔口位置的最大爆破应力远超过静态强度一个数量 级，此部分矿石得到很大程度的破坏，尤其是单排 1 2 孑L 和单排双心1 2 孑L 接近红色的区域较为广泛。 在中问位置以及靠近孑L 底位置，单排1 l 孔存在较多 的蓝色区域，说明这些位置爆破情况不好，爆破后很 容易产生大块；单排1 2 孔和单排双心1 2 孔由于减 小了孔间距，在扇形孔的中上部爆破程度改善很多， 万方数据 1 0 爆破2 0 1 5 年6 月 蓝色区域比单排11 孔减少很多。 5 降低大块率措施及工程实践 5 ．1 降低大块率措施 通过前面的分析可知，大块集中出现在靠近孔 底的位置，通过减小孔底距设计的单排1 2 孔和单排 双心1 2 孑L ，相似模拟和数值模拟的结果都显示爆破 效果都得到极大的改善，大块率得到很大幅度的降 低，而且大块率随着排距的减小而降低，考虑到生产 能力，将排距设计在1 ．8 ～2 ．0m 。另外，在现场应 用中注意以下几点 1 加强扇形孔施工质量的管理。扇形孔质量 直接影响到后续的装药及最终的爆破落矿效果，应 及时处理堵孔、错孔。 2 控制装药速度。在装药过程中，抽拔装药 管不要太快，以免使返粉率过大致使装药密度不够。 3 创造良好的爆破条件，爆破质量与爆破条 件密切相关。保证第1 排炮孔落矿的补偿空间系数 控制在1 5 ％～2 0 ％，垂直切割自由面的高度大于最 深炮孔长度的2 ／3 以上。 5 ．2 工程实践 将设计的扇形孔方案应用于现场，并对一3 9 5I T I 水平的1 7 4 、1 8 4 和一3 7 51 T I 水平的2 3 ”、2 4 8 进路爆破 大块进行统计，如表1 1 所示。 表1 1 改进方案前后大块率对比表 单位个／k t T a b l e1 1 C o m p a r e dt a b l eo fb o u l d e ry i e l ab e f o r ea n di m p r o v e ds c h e m e u n i t 1 ／k t 从统计结果来看，改进方案后大块率得到很大 程度的降低。 6 结论与展望 1 扇形孔在孔口位置分布比较密集，该位置的 最大爆破应力远超过岩石静态强度一个数量级，基本 上很少产生大块。 2 采用大结构参数的无底柱分段崩落法，在 布置扇形孑L 时容易造成孔底距偏大，通过数值模拟 发现孔底位置的最大爆破应力一般不超过岩石静态 强度一个数量级，从而导致该处岩石破环不彻底，容 易产生大块。 3 通过降低孑L 底距，改善相邻炮孑L 爆破应力 波在孔底位置的叠加和碰撞，可以有效的增加最大 爆破应力，改善爆破效果，降低大块率。 4 存在某种合理的范围，当相邻炮孔爆破应 力波在这范围内相互叠加或碰撞时，应力可以得到 几何倍数的增加；而小于这个范围时爆破应力却出 现降低的情况；当超出这个范围时，应力波的叠加或 碰撞程度表现得很低。 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ]解世俊．金属矿床地下开采[ M ] ．北京冶金工业出版 社，2 0 1 1 ． [ 2 ] DB r u n t o n ，SJF r a s e r ．P a r a m e t e r si n f l u e n c i n gf u l ls c a l e s u b l e v e lc a v i n gm a t e r i a lr e c o v e r ya tt h er i d g e w a yg o l d m i n e [ J ] ．I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo fR o c ka n dM i n i n gS c i e n e e s ，2 0 1 0 ，4 7 4 6 4 7 6 5 6 ． [ 3 ]姜宏锋，魏会军，崔云龙，等．降低爆破大块率技术方 案的探讨[ J ] ．矿业工程