VCR法爆破开掘充填井数值模拟.pdf

第3 2 卷第2 期 爆破 V 0 1 ．3 2N 。．2 2 0 1 5 年6 月B L A S T I N GJ 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 1 3 V C R 法爆破开掘充填井数值模拟米 翟会超1 , 2 ，南世卿1 ，任凤玉2 ，胡巍巍1 1 ．河北钢铁集团矿山设计有限公司，唐山0 6 3 0 0 0 ；2 ．东北大学，沈阳1 1 0 0 0 0 摘要排山楼金矿以露天坑作为尾矿库，其北帮下侧空区复杂且处于亚稳定状态。为保证空区顶板岩层 不冒落，露天边帮稳定不垮塌，提出采用V C R 法开掘充填井快速充填空区的治理方案。设计中心与大小圆 两层布置炮孔方案，采取孔外微差、单分层爆破。应用F L A C 3 D 对V C R 法掘井进行动态数值模拟，确定V C R 法是一种可靠的开掘深充填井方法，同时预测了地表裂缝带和边坡浮石掉落的结果，并提出了应对措施。通 过V C R 法的有效实施，成功的开掘了一条直径约5I l l ，深度约5 6m 似圆形充填井，使空区快速充填治理得以 实现。 关键词V C R 法；充填井；空区治理；F L A C 3 D 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 6 8 0 4 N u m e r i c a lS i m u l a t i o no fV C R B l a s t i n gD i g g i n gF i l l i n gW e l l Z H A IH u i ．c h a 0 1 ，2 ，N A NS h i ．q i n 9 1 ，R E NF e n g y u 2 ，H UW e i w e i l 1 ．H e b e iI r o nS t e e lG r o u pM i n i n gD e s i g nC oL t d ，T a n g s h a n0 6 3 0 0 0 ，C h i n a ； 2 ．N o r t h e a s t e r nU n i v e r s i t y ，S h e n y a n g110 0 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h eo p e np i ti nP a i s h a n l o ug o l dm i n ew a su s e da st a i l i n g sp o n d ，n o r t ho fw h i c hw a si nm e t a s t a b l e s t a t ed u et ot h ec o m p l i c a t e dg o a f ．F o rt h es t a b i l i t yo fg o a fa n do p e np i t ，t h eV C Rm e t h o dW a sp u tf o r w a r dt od i gw e l l t oq u i c k l yf i l lg o bc a v i n g ．T h eb l a s t i n gm e t h o dw i t hm i l l i s e c o n dd e l a yo u t h o l e sa n ds i n g l el a y e r e di n i t i a t i n gw a sd e s i g n e d ．T h eV C Rm e t h o dW a ss i m u l a t e db yF L A C 3 D ，a n dr e l a t e dc o n c l u s i o n sw e r eo b t a i n e d ，i n c l u d i n gt h eh i g hr e l i a b i l i t yo fV C Rm e t h o d ，a n dt h ep r e d i c t e dr e s u l t so fs u r f a c ef r a c t u r ez o n ea n ds l o p ep u m i c ef a l l ．F i n a l l y ，b yu s i n gV C R m e t h o d ．t h ef i l l i n gw e l lw i t h5m e t e ri nd i a m e t e ra n d5 6m e t e r si nd e p t hc a m ei n t ob e i n g ． K e yw o r d s V C Rm e t h o d ；f i l l i n gw e l l ；t r e a t m e n to fg o a f ；F L A C 3 D 排山楼金矿矿体厚度较大，产状较缓，分布集 中，上部应用露天开采，采至 3 0 0m 水平之后转入 有底柱空场法地下开采，利用原露天坑堆存含毒尾 矿。随着回采工作面的下降，由于顶板围岩滞后冒 落，形成了规模较大的不连续的采空区，其中 2 7 5m 水平之上形成的采空区总水平面积已达 1 12 5 0m 2 ，体积约5 0 万m 3 。空区顶盖厚度只有 收稿日期2 0 1 5 0 2 2 3 作者简介翟会超 1 9 8 1 一 ，男，汉族，吉林省四平市，工程师、博 士，河北钢铁集团矿山设计有限公司，从事采矿方法、岩 体冒落规律、空区治理、井巷工程研究， E m a i l z h a i h u i c h a o h u 1 6 3 ．e o m 。 基金项目“十二五”国家科技支撑计划项目 2 0 1 3 B A B 0 2 8 0 8 3 6 ～8 0m ，空区顶板与地表斜交顶角与露天边坡表 层距离仅1 0m 。并在上部回采工作面多处发生巷 道表层脱落、开裂与抽条冒顶等地压显现，处于亚稳 定状态。为此，研究采用V C R 法开掘地表充填井进 行快速充填空区‘1 。3J 。见图1 。 1 V C R 法爆破方案 选用防水乳化炸药 包 进行爆破，药包长 4 5 0m m 、直径1 2 0m m ，密度为1 0 0 7k g ／m 3 ，炮孑L 直 径1 5 0m m 。采用中心与大小圆两层布孔方案，在圆 中心布置1 个炮孔，再在小圆周上均匀布置4 个炮 孔，大圆周上均匀布置6 个炮孔，这样炮孔总数为 万方数据 第3 2 卷第2 期翟会超，南世卿，任凤玉，等V C R 法爆破开掘充填井数值模拟 11 个。采取f L ； l - 微差、单分层爆破。利用毫秒微差 爆破，微差时间5 0m s ，段别为l 段、3 段和5 段。由 内向外微差起爆，中心内侧孔以空区为自由爆破面， 外侧孔以下向和侧向为自由爆破面。这种爆破形式 具有爆破震动小、自由空间足的特点‘4 5 ] 。见图2 。 图1 2 7 5m 水平采空区分布图 F i g ．1 T h ed i s t r i b u t i o no fg o bo n2 7 5ml e v e l 图2 充填井炮孔平面布置示意图 F i g ．2L a y o u ts c h e m eo ft h ef i l l i n gb l a s t h o l e 依据利文斯顿漏斗理论及相似定律，同时考虑同 段起爆平行孔的等效作用，确定装药长度在1 ．5 - 2m ， 埋置深度1 ．2 ～1 ．5m ，分层爆破高度y 抗2 3m 。 在爆破至地表约8m 左右时采取一次起爆的方 法，装药长度不超出6m ，下部填砂5 0 0 7 0 0m m ， 上部填砂1 ．5 ～2m ，联线后在爆破井口5m 直径范 围铺布、压砂，防止飞石。同时设好4 0 0m 范围的露 天地表警戒。 2 V C R 法数值模拟 对V C R 法爆破参数的可靠性进行模拟预测旧1 。 分析V C R 法开掘充填井近地表处时的爆破效果，及 对V C R 法爆破崩落岩石及露天边坡稳定性进行验 证。起爆位置为近地表1 0m 处。本模型尺寸为x 方向5 7 ．71 T I ，Y 向2 0m ，Z 向2 0m 。模型网格单元 总数为4 5 7 2 1 个，对模型边坡在垂向每隔5m 布置 一个监测点，在地表平面距离充填井中心的5m 与 1 0m 各布置一个监测点，共6 个监测点。见图3 。 图3 数值计算网格模型 F i g ．3 G r i dm o d e lo fv a l u e sc a l c u l a t i o n 模型中岩石力学参数见表1 。动力载荷直接以 三角形式加载到充填井炮孔壁上。 表1 数值模型材料参数表 T a b l e1M a t e r i a lp a r a m e t e r so fn u m e r i c a lm o d e l 万方数据 万方数据 第3 2 卷第2 期 翟会超，南世卿，任凤玉，等V C R 法爆破开掘充填井数值模拟 7 1 石容易掉落，充填井附近地表处可能出现小裂缝。因 此，须对边坡上的浮石提前人工处理再进行V C R 法 爆破施工作业。同时，在崩落空区顶板快至地表时， 应加强监测和地表裂隙变化的观察分析工作。 址。j划以 图6 露天边坡监测点振速波动曲线 F i g ．6 T h ev i b r a t i o nv e l o c i t yw a v ec u r v eo ft h e m o n i t o r i n gp o i n t so nt h eo p e np i ts l o p e 3 V C R 法掘井效果 经V C R 法爆破方案的有效实施，经历1 8 次分 层起爆和1 次7 ．6I l l 全高起爆，成功开掘了直径约 5i n ，深度约5 6i n 似圆形充填井。南区充填井分层 爆破中，分层高度在2 ．4i n ～3 ．1i n ，装药长度 1 ．7 ～2 ．5i n ，装药密度达1 0 2 7k s ／I n 3 ，炸药单耗 4 ．5 ～8k g ／i n 3 。充填井的成功开掘，为井下采空区 的安全治理奠定基础，进而保护了露天坑北帮的稳 定性。见图7 。 4 结论 1 排山楼金矿空区复杂且处于亚稳定状态， 研究V C R 法开掘充填井可有效解决空区快速充填 治理的技术难题。 表2 监测点爆破损伤系数B D I 值 T a b l e2B D Io ft h eb l a s t i n gi n j u r ec o e f f i c i e n t so nt h em o n i t o r i n gp o i n t s ＼、 ’ 。 图7 充填井V C R 法爆破施工效果 F i g ．7B l a s t i n gc o n s t r u c t i o no ft h ef i l l i n g s h a f tw i t ht h eV C Rm e t h o d 前进行浮石处理，地表需加强监测预防。 j 5 经V C R 法爆破方案的有效实施，成功开掘 了直径约5i n ，深度约5 6i n 似圆形充填井，为井下 采空区的安全治理打好基础。 2 设计中心与大小圆两层布孔方案，炮孔总 数共11 个。采取孑L 外微差、单分层爆破。依据利文 斯顿漏斗理论及起爆平行孔等效作用，确定装药长 度1 ．5 ～2m ，埋置深度1 ．2 ～1 ．5i n ，分层爆破高度 2 ～3i n 。 3 V C R 法应力模拟计算得出在爆破冲击波 作用下空区顶板因拉伸反射波使了空区顶板岩体碎 裂，脱离母岩崩落；地表出现炮孔问相连的塑性破裂 带，但未闭合，V C R 法在近地表爆破时具有较好的 安全性，但须做好安全防护工作；边坡和地表需加强 4 振速峰值结果表明，边坡需在V C R 法实施 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ] 任凤玉，翟会超，曹建立，等．排山楼金矿采空区充填 技术研究[ J ] ．中国矿业，2 0 1 2 ，2 1 1 7 2 7 4 ． [ 1 ] R E NF e n g y u ，Z H A IH u i - 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