边帮控制爆破裂纹扩展模拟及参数优化.pdf

第3 6 卷第1 期 爆破 V 0 1 ．3 6N o ．1 2 0 1 9 年3 月B L A S T I N G M a r ．2 0 1 9 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 9 ．0 1 ．0 0 4 边帮控制爆破裂纹扩展模拟及参数优化 霍晓锋，史秀志，苟永月4 中南大学资源与安全工程学院，长沙4 1 0 0 8 3 摘要在大直径深孔边帮控制爆破过程中，为降低爆破后冲破坏作用、提高边帮控制效果以及破岩效果， 在采用逐孔延时起爆的前提下，需要选取合理的爆破参数。采用A N S Y S ／L S D Y N A 对不同径向不耦合系数 的单孔爆破方案进行数值模拟研究，其中炮孔直径为1 6 5m m ，抵抗线为2 ．0m ，通过统计分析裂纹体积发现， 不耦合系数为1 ．6 5 时爆破效果最好，保护区爆生裂纹体积少 0 ．0 1 7m 3 ，开挖区爆生裂纹体积较多 0 ．0 8 5m 3 ，炸药破岩 开挖区 的能量利用率最高。基于1 ．6 5 的径向不耦合系数，对不同边孔间距的双孔 爆破方案进行模拟分析，综合考虑原自由面、先爆孔提供的新自由面以及后爆孔破损等因素，从边帮控制效 果、开挖区破岩效果的角度对不同方案进行探究分析，发现边孔间距为2 ．0m 、2 ．5m 时，孔间能够形成良好 的贯穿裂隙且破岩效果好。结合数值模拟分析结果在现场做了部分试验，得出不耦合系数为1 ．6 5 、边孔间 距为2 ．0m 时边帮平整且爆后临空面炮孔完整性好。 关键词边帮控制爆破；爆破参数；裂纹体积；炮孔损伤；L S D Y N A 中图分类号T D 2 3 5文献标识码A文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 9 0 1 0 0 2 1 0 8 S i m u l a t i o no fC r a c kG r o w t hi nS i d e w a l lC o n t r o l l e d B l a s t i n ga n dP a r a m e t e rO p t i m i z a t i o n H U OX i a o - f e n g ，S t l iX i u z h i ，G O Uy 0 愕一g a n g S c h o o lo fR e s o u r c e sa n dS a f e t yE n g i n e e r i n g ，C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y ，C h a n g s h a4 1 0 0 8 3 ，C h i n a A b s t r a c t I nt h ep r o c e s so fl a r g e d i a m e t e rd e e ph o l es i d e w a l lc o n t r o l l e db l a s t i n g ，i no r d e rt or e d u c et h eb a c k l a s h e f f e c ta n di m p r o v et h es i d e w a l lf l a t n e s sa n dr o c kf r a g m e n t a t i o n ，i ti sn e c e s s a r yt os e l e c tr e a s o n a b l eb l a s t i n gp a r a m e - t e r si nt h eh o l e b y - h o l ed e t o n a t i o nm e t h o d ．T h i sw o r ka d o p t sA N S Y S ／L S D Y N At os i m u l a t et h es i n g l e h o l eb l a s t i n g s c h e m ew i t hd i f f e r e n tr a d i a ld e c o u p l i n gc o e f f i c i e n t su n d e rt h ep r e m i s et h a tt h eb o r e h o l ed i a m e t e ri s16 5m ma n dt h e b u r d e ni s2 ．0m ，a n dt h ec r a c kv o l u m ei ne a c hs c h e m ei sa n a l y z e db a s e d0 1 3s t a t i s t i c s ．I tc a nb ef o u n dt h a tt h eb l a s t i n ge f f e c ti so p t i m a lw h e nt h ed e c o u p l i n gc o e f f i c i e n ti s1 ．6 5 ，a n di t sc r a c kv o l u m ei s0 ．0 1 7m 3w h i c hi ss m a l li nt h e p r o t e c t e da r e aa n dt h ev a l u ei s0 ．0 8 5m 3w h i c hi sh i g hi nt h ee x c a v a t i o na r e a ，t h ee n e r g ye f f i c i e n c yi st h eh i g h e s tt o a c h i e v et h er o c kf r a g m e n t a t i o ni nt h ee x c a v a t i o na r e a ．O nt h ef o u n d a t i o no fr a d i a ld e c o u p l i n gc o e f f i c i e n tb e i n gd e t e r - m i n e da s1 ．6 5 ，d o u b l e h o l eb l a s t i n gs c h e m e sa r ef u r t h e rs i m u l a t e da n da n a l y z e dw i t hd i f f e r e n th o l es p a c i n g ．I ti s f o u n dt h a tb o t ht h ec r a c kg r o w t ha n dt h er o c kf r a g m e n t a t i o ne f f e c ta r ew e l lw h e nt h eh o l es p a c i n gi s2 ．0mo r2 ．5m ， w i t hc o n s i d e r a t i o no fm a n yf a c t o r s ，i n c l u d i n gt h eo r i g i n a lf r e es u r f a c e ，f l e wf r e es u r f a c ep r o v i d e db yt h ef i r s tb l a s t h o l e ，d a m a g eo ft h ep o s t e x p l o s i v eh o l e ，b o u n d a r yc o n t r o la n dr o c kf r a g m e n t a t i o ni nt h ee x c a v a t i o na r e a ．F i n a l l y ，s o m e f i e l de x p e r i m e n t sw e r ec a r r i e do u tb a s e do nt h er e s u l t so fn u m e r i c a ls i m u l a t i o na n a l y s i s ．T h ep r a c t i c a lr e s u l t ss h o w e d t h a tt h es i d e w a l lw a ss m o o t ha n dt h ei n t e g r i t yo ft h eb l a s t h o l ei nt h ef r e es u r f a c ep e r f o r m e dw e l lw h e nt h ed e c o u p l i n g c o e f f i c i e n ti s1 ．6 5a n dt h eh o l es p a c i n gi s2 ．0m ．T h ec o n c l u s i o n so b t a i n e di nt h i sp a p e rc a nb eu s e dt og u i d ea n d o p t i m i z et h eb l a s t i n gc o n s t r u c t i o no ns i t e ． K e yw o r d s s i d e w a l lc o n t r o l l e db l a s t i n g ；b l a s t i n gp a r a m e t e r ；c r a c kv o l u m e ；b l a s t h o l ed a m a g e ；L S D Y N A 万方数据 2 2 爆破 2 0 1 9 年3 月 目前，国内矿山浅部资源已临近枯竭，为了维持 矿山的可持续发展，矿企开始将关注点重新投放在 深部的低品位大型矿体的开采上，这类矿体数量多、 埋深大，采用露天开采投入成本过高，因此，一直以 来未得到有效开采。近来年，随着矿山机械水平的 大力提升，大直径深孑L 采矿法在国内得以广泛应用， 它不仅可以简化爆破工序，缩短回采周期，还可以有 效扩大矿山一次爆破规模，从而为此类矿体开采提 供了有效途径 2 I 。然而，大规模爆破对应采场结 构参数大，大跨度与高陡边帮成为了采后空区具有 的显著特征，再加上单次爆破炸药使用量达到数吨， 甚至数十吨，因此，实际生产中采场高陡边帮的超、 欠挖与冲击破碎现象屡见不鲜，对采场的安全稳定 性带来了极大隐患‘3 一J 。有实践表明大直径炮孑L 装 药爆破爆生裂纹分布广且延伸大，对后排边孑L 破坏 严重，边帮控制较困难‘3 引。因此，在大规模化爆破 前提下，对高陡边帮保护的要求更高，研究大直径深 孑L 边帮控制爆破的裂纹扩展及孑L 问裂纹贯穿过程对 实际爆破工程以及采场稳定性具有重要意义。 国内外学者在研究裂纹扩展规律以及孔间贯穿 裂纹的形成时发现，在不耦合装药控制爆破过程中， 不耦合系数和炮孑L 间距对控制爆破效果的影响最 大。6 。8o ，裂隙先从孔壁形成并向中点发展’9J ，保护区 岩体裂纹延伸明显较开挖区浅，且不耦合系数越大， 孑L 壁爆炸荷载越小，围岩损伤越小，裂纹长度也越 小，孑L 间更易形成良好的贯穿裂隙，但易导致自由面 附近岩体破碎效果变差‘10 ’“o ，炮孔间距越大，孔问 裂纹贯穿越困难，越难形成平整的爆破轮廓’6J 。 在大直径深孔爆破中存在爆破规模大、爆破振 动强度大的问题，且采用逐孔延时起爆的方式，导致 边帮控制更加困难，所以需要通过数值模拟分析选 取合理的不耦合系数、边孔间距以优化边帮控制爆 破效果。基于爆破控制理论，利用A N S Y S ／L S D Y ． N A 对不同径向不耦合系数以及不同边孑L 间距的爆 破方案分别进行数值模拟研究，在模拟分析过程中 考虑了原自由面、先爆孔提供的新自由面以及后爆 孑L 破损等因素，通过裂纹体积统计分析的新手段从 开挖区岩体破碎效果、边帮控制效果的角度对不同 方案进行探究分析，并结合模拟分析结果在现场施 工中对上述爆破参数进行现场试验，根据爆破结果 选择最优的边孔爆破参数，为相关矿山边帮控制爆 破参数的选取提供依据。 1 数值模型 1 ．1 边帮控制爆破现场设计参数 在大结构参数采场中高陡边帮矿岩的整体性是 否完好直接关系到整个采场的稳定性，因此，在实际 生产施工中需要选取合理的边孔爆破参数，在保证较 好破岩效果的前提下严格控制边帮轮廓，减少超挖、 欠挖现象，降低边帮保护区岩体以及后爆炮孑L 的损伤 破坏。以庐江矿业公司沙溪铜矿的大直径深孑L 嗣后 充填采矿法采场为工程设计背景，现场确定的爆破设 计参数有边帮炮孑L 直径为1 6 5m m ，边孑L 抵抗线w 为 2 ．0m ，边孔距离采场控制边界线O ．8m ，为降低最大 段药量，起爆方式采取逐孔延时起爆。通过现场岩石 力学试验得到各项岩石力学参数2 I ，见表1 。 表1 沙溪铜矿矿岩物理力学参数表 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 fS h a x ic o p p e rm i n e 在上述已确定爆破参数的基础上，影响边帮控 制爆破效果的主要爆破参数有径向不耦合系数和炮 孔间距m ，14 I 。因此在模拟过程中分别建立单孑L 爆 破模型、多孔爆破模型对不耦合系数和炮孔间距进 行数值分析，考虑到逐孔延时起爆的特点，除首爆孔 收稿日期2 0 1 8 一I l 一0 3 作者简介霍晓锋 1 9 9 4 一 ，男，硕士研究生，从事采矿、爆破方面的 研究， E m a i l h u o x i a o f e n g C S l l ．e d u ．c n 。 通讯作者史秀志 1 9 6 6 一 ，男，教授、博士生导师，从事采矿与安全 方面的研究与教学1 作， E m a i l c s u b l a s t i n g 1 6 3 ．t o m 。 基金项目“十三五”国家重点研发计划课题 2 0 1 7 Y F C 0 6 0 2 9 0 2 ；巾 南大学创新驱动项目 2 0 1 7 z z l s l8 2 外后续边孔的爆破条件相同，因此只需建立双孑L 爆 破模型即可模拟分析所有边孔的爆破效果。 1 ．2 模型参数选取 1 材料模型选取 在边帮控制爆破过程中涉及到的材料有岩石、 炸药、爆轰气体产物以及孔壁内的空气，因此需对每 种材料分别建立相对应的本构模型及状态方程。 岩石材料采用H J c 本构模型，该模型能够反映 混凝土、岩石等脆性材料在大应变、高应变速率和高 压下的动态响应、损伤、破碎及断裂等力学行为5 ’1 6 ] ， 万方数据 第3 6 卷第l 期霍晓锋，史秀志，苟永刚边帮控制爆破裂纹扩展模拟及参数优化 2 3 其物理力学参数见表2 。炸药材料采用高能炸药材 料丰M A T _ H I G H E X P L O S I V E B U R N ，并选用相对应 的爆轰气体J w L 状态方程7 | ，炸药及其状态方程参 数见表3 。空气材料采用空材料术M A T N U L L ，并采 用相对应的空气状态方程书E O S L I N E A R P O L Y N O - M I A L m l ，空气物理参数及其状态方程参数见表4 。 表2 模拟选用的岩石材料参数 T a b l e2R o c km a t e r i a lp a r a m e t e r su s e df o rn u m e r i c a ls i m u l a t i o n 表32 ”岩石乳化炸药材料参数及J W L 状态方程参数 T a b l e3M a t e r i a lP a r a m e t e r so f2 ’r o c ke x p l o s i v ea n dJ W Le q u a t i o n 表4空气材料参数及状态方程参数 T a b l e4M a t e r i a lp a r a m e t e r so fa i ra n di t ss t a t ee q u a t i o n p ／ k g m 。 c 。C 5C 。％ 1 ．2 9 300 ．40 ．40 ．2 5 3 3 E 61 2 算法选取 为防止单元发生畸变导致计算终止，采用多物 质流固耦合算法，炸药、空气单元采用A L E 算法，岩 石单元采用L a n g r a n g e 算法，通过关键字l C O N ． S T R A I N E D L A N G R A N G E I N S O L I D 来实现炸药、 爆轰气体产物与岩石之间的多相耦合分析。 3 岩石材料模型失效判据 对于存在自由面的爆破，岩石的破坏方式有破 碎区的压缩破坏以及自由面附近的拉伸破坏，H J C 本构模型已经含有岩石的压缩失效定义，此外通过 关键字术M A T A D D E R O S I O N 定义岩石的拉伸失 效条件，进而可以动态模拟爆破空腔以及裂纹的形 成过程，其中矿岩静态抗压强度为1 6 9 ．8 5M P a ，静 态抗拉强度为4 ．1 6M P a 。 在工程爆破中，岩石在加载速率很大的爆破动 载下发生破坏，故模拟中采用相应的动态荷载强度 作为单元失效判据，其与加载应变率s 有关8 | ，根 据式 1 确定岩石动态抗压强度，由式 2 确定动态 抗拉强度9 。。 O r 。d o r 。s 。1 力 1 o r 耐 o r 一1 力 2 式中o r 。为岩石静态抗压强度；o r 。。为岩石动态 抗压强度；占。为粉碎区加载应变率，取1 0 4S ～。o r 。 为岩石静态抗压强度；o r 膻为岩石动态抗压强度；s 。 为裂隙区加载应变率，取1 0 2S ～。 1 ．3 计算模型的建立 1 不同径向不耦合系数五的数值模拟 为研究不同径向不耦合系数矗对爆破效果的影 响，建立四种不同不耦合系数的单孑L 爆破模型。计 算模型尺寸为 x y 1 0m 1 0m ，厚度方向为单元 尺寸大小4c m ，由于模型在厚度方向不会发生变 化，为降低计算成本，采用单层网格建模，对模型施 加厚度方向约束，左边界和、右边界和下边界设置无 反射边界条件约束来模拟无限岩体 由于无法完全 消除应力波反射，因此适当加大模型尺寸以减少反 射效果 ，上边界为自由面。采用k g ．m s 单位制，计 算模型如图1 所示。 无 反 射 边 界 无反射边界 图1 不同不耦合系数下的单孔爆破计算模型 单位m F i g ．I T h em o d e lo fs i n g l e h o l eb l a s t i n g w i t hd i f f e r e n td e c o u p l i n gc o e f f i c i e n t s u n i t m 药卷直径D 分别为8 0m m 、1 0 0m m 、1 2 0m m ，通 过计算可得各参数下的径向不耦合系数当D ， 一 无反射边界 一 o ．【 万方数据 爆破2 0 1 9 年3 月 8 0m m 时，k 1 等 1 ．9 4 ；当D 2 1 0 0f i l m 时，k 2 而1 6 5 1 ．6 5 ；当D 3 1 2 0m m 时，后3 篙 1 ．3 8 。 2 不同炮孔间距a 的数值模拟 为研究不同炮孔间距a 对爆破效果的影响，建 立1 ．5m 、2 ．0m 、2 ．5m 、3 ．0m 四种不同孔间距的双 孔爆破模型。计算模型尺寸为 x Y 1 2m x1 0m ， 厚度方向为单元尺寸大小4c m ，药包直径取 1 0 0m m ，孔间延期时间为2 5m s ，其中1 } } 孔为首爆 孔，2 孑L 为后起爆孔。计算模型如图2 所示。 自由面 开N 挖 区 犷L ≯ 咎 o I ． 一 ．． 采场控制边界 保 护 区 图2 不同孔间距下的双孔爆破计算模型 单位m F i g ．2 T h em o d e lo fD o u b l e - h o l eb l a s t i n g w i t hd i f f e r e n ts p a c i n g u n i t m 2 数值模拟结果与分析 无 反 射 边 界 2 ．1 不同径向不耦合系数爆破效果分析 为更好地观察单孔爆破模型的爆破效果，仅局 部展示炮孔附近6m 6m 区域内的模拟结果云图， 3 组模型应力传播、裂纹扩展过程如图3 所示。t 0 ．4m s 时，应力波从炮孔中心传出，以柱面应力波 形式向四周传播，在炮孔附近形成破碎圈，破碎区外 由于应力波的作用与爆轰气体的气楔作用，对岩体 形成了拉伸应力，且当其到达动态抗拉强度时造成 岩体拉伸破坏，形成了爆生裂纹；￡ O ．6m s 时，爆炸 应力波到达自由面并反射为拉伸波，造成岩体拉伸 破坏，出现片落现象；￡ 3 ．0m s 时，应力波作用基本 消失，岩体中仅存在爆轰气体的准静态压力，通过 “气楔作用”在爆腔及爆生裂纹附近产生的拉应力 使得裂纹继续扩展，最终达到破岩效果。 通过图3 可以发现三种不耦合系数下，在炮孑L 预期爆破范围内均能形成贯穿至自由面的爆破裂 纹，表明三者在开挖区均能达到破岩效果。j } 1 ．9 4 时，边帮保护区域 红色虚线下侧 爆生裂纹 少，岩石损伤程度低，完整性好，但开挖区域 红色 虚线上侧 形成的贯穿至自由面的径向裂纹较少， 自由面附近的环向裂纹少而细，岩石破碎程度较低； k 1 ．3 8 时，开挖区域贯穿至自由面的径向裂纹较 多，且分布较广，自由面附近环向裂纹较宽，岩石破 碎程度较好，但保护区的裂纹分布较多且发育较深， 对岩体的损伤破坏较大；| | } 1 ．6 5 时，开挖区域爆生 裂纹较为发育，岩石破碎程度较高且保护区裂纹 较少。 | | ④；I 黑 f l f 3On 1 ‘ 左k 1 ．9 4 ，中k - I ．6 5 ，右k 1 ．3 8 图3 不同不耦合系数模型应力云图 F i g ．3 S t r e s sc o n t o u r so fd i f f e r e n t d e c o u p l i n gc o e f f i c i e n tm o d e l s 为了研究不同不耦合系数下岩体裂纹的发展情 况，分别作出三种不耦合系数下裂纹体积 失效单 元体积 的变化曲线，如图4 ，通过裂纹体积变化时 程曲线定量反映出裂纹的发展变化过程。 由图4 a 可以看出，在开挖区三种不耦合系数 下，炮孔起爆后裂纹数量均呈现增加的趋势，且整体 发展速度呈现下降趋势，但在t 0 ．6m s 左右，曲线 斜率均突然变大，且k 越小斜率越大，表明应力波反 射破岩作用明显，随后曲线斜率逐渐变小，表明在爆 生气体的气楔作用下裂纹发展变慢；t 2 ．0m s 时， 不耦合系数为1 ．6 5 、1 ．9 4 的炮孔模型裂纹发育基本 完成，不耦合系数为1 ．3 8 的爆破模型由于药量较 大，爆生气体准静态压力较大、持续时间较久，爆生 阐◆州 一 无反射边界 一 。一 万方数据 第3 6 卷第1 期 霍晓锋，史秀志，苟永刚边帮控制爆破裂纹扩展模拟及参数优化 2 5 裂纹仍在发育。k 1 ．9 4 时，裂纹体积为0 ．0 6 4m 3 ， 爆生裂纹数量最少，破岩效果最差；后 1 ．3 8 时，裂 O ．1 0 ．1 ”g0 ．1 器0 ．0 瓤。 碟0 ．0 O ．0 t h n s a 开挖区 a E x c a v a t i o na r e a 纹体积为0 ．1 2 2m 3 ，数量最多，破岩效果最好；| j } 1 ．6 5 时，裂纹体积为0 ．0 8 5m 3 ，破岩效果较好。 t ／m s b 保护区 b P r o t e c t e da r e a 图4 裂纹体积时程曲线 F i g ．4 T h et i m eh i s t o r yc u r v e so fc r a c kv o l u m e 由图4 b 可以看出，k 1 ．9 4 时，保护区裂纹 体积为0 ．0 1 6m 3 ，爆生裂纹数量最少，岩体完整性 最好，边帮控制效果最好；不耦合系数为1 ．3 8 时，裂 纹体积为0 ．0 3 0m 3 ，数量最多，对保护区岩体破坏 损伤最大；不耦合系数为1 ．6 5 时，裂纹体积为 0 ．0 1 7m 3 ，裂纹数量与k 1 ．9 4 相差较小，边帮控制 效果好。 综上所述，k 1 ．6 5 时，炸药破岩 开挖区 的能 量利用率最高，破岩效果、边帮控制效果均较好。 2 ．2 不同孔间距爆破效果分析 为更好地观察双孔爆破模型的爆破效果，仅局 部展示炮孔附近8m x 6m 区域内的模拟结果云图， 4 组模型应力传播、裂纹扩展过程如图5 所示，t 2 5 ．0m s 时l { l } 孔爆破破岩、裂纹扩展过程早已完成， 通过此时刻结果可以观察2 } } 炮孔的破坏损伤以及 起爆条件；由前节可知k 1 ．6 5 时在炮孔起爆2m s 后爆生裂纹基本发展完成，因此选取t 2 7 ．0m s 应 力云图以观察最终的应力分布、裂纹扩展结果。 h a 2 ．5U 1 1 1 a 3 ．0 左t 2 5 ．0 m 8 ，右t 2 7 ．0 m s 图5 不同边孔间距模型应力云图 F i g ．5 S t r e s sc o n t o u r so fd i f f e r e n ts p a c i n gm o d e l s 由图5 中t 2 5 ．0m s 不同模型的裂纹分布可 以看出，a 1 ．5m 时，爆生裂纹不仅能够贯穿至自 由面，同时有较多径向裂纹贯穿至2 f L ，且由于炮 孔壁面的反射作用，2 f L 左侧附近形成了较多环向 裂隙，后起爆孔完整性差；口 2 ．0m 时，径向爆生裂 纹未能贯穿2 孑L ，但在2 孔左侧仍旧形成了少许环 向裂隙，后起爆孔完整性一般；孔间距口 2 ．5m 和 o 3 ．0m 时，爆生裂纹未能贯穿至2 孔，且左侧壁 面无破坏，后起爆炮孔完整性好。 由图5 中t 2 7 ．0m s 时刻不同模型的裂纹分 布可以看出，口 1 ．5m 时，2 孔距离l f L 爆破形成 的新自由面近，孔间能形成很多贯穿裂纹，孔间岩体 破碎效果好、边帮控制效果好；a 2 ．0m 、2 ．5m 时， 孔间能形成较多贯穿裂纹，孔间岩体破碎效果较好、 边帮控制效果较好；o 3 ．0m 时，孔间无相互贯通 的径向裂纹，裂纹分布范围明显隔离，形成独自的破 万方数据 爆破2 0 1 9 年3 月 碎区，孔间破碎效果差，会有较大脊柱留在两孔之 间，边帮平整度差。 四种模型中l 蚜L 的起爆条件相同，故其破岩效 果基本相同，因此2 蚜L 的爆破效果直接决定了最终 的破岩效果。为了研究不同孑L 间距下后起爆孑L 的破 岩效果，选取2 炮孑L 左侧壁岩石单元 监测点1 以 及2 炮孔上部自由面附近岩石单元 监测点2 、3 、4 、 5 、6 进行爆炸荷载时程曲线分析，模型监测点如图 6 所示。 由于2 蚜L 起爆前后监测点1 处爆炸荷载数量 级相差较大，且为了更详细地反映1 龅孔及2 炮孔 的爆破荷载作用，分别作出0 5m s 、2 5 2 6m s 两 个时间段的爆破荷载曲线图。由图7 a 可知，孔间 距为1 ．5m 、2 ．0m 、2 ．5m 、3 ．0m 时，1 } } 炮孔的爆炸 应力波分别在0 ．5 6m s 、0 ．6 9m s 、0 ．8 1m s 、0 ．9 4m s 时刻到达监测点1 处并反射为拉伸应力波，其中a 3 0 母2 0 山 纛1 0 萋 。 蹬一l O - 2 0 ● 孑 』 一．／ 』 M ⋯以．．一一 j l⋯w 州 0234 t ／m 8 a 0 - 5 m s 1 ．5m 、2 ．0m 时，拉伸应力峰值达到了动态抗拉强 度，炮孔发生破坏。由图7 b 可知，孑L 间距a 2 ．5m 、3 ．0m 时监测点1 处岩石在2 { } 孔起爆后才发 生破坏。由上述可知，a 1 ．5m 、2 ．0m 时后起爆孔 易被破坏，后爆炮孔完整性一般。 母 山 、 销 挺 世 喽 L s * D Y N A m m p u l自由面 T i ⋯0 ’监测点6 监测点5 监测点4 监测点3 ◎监测点l 铲测点2 l 2 图6 监测点位置示意图 F i g ．6 T h el a y o u to fm o n i t o r i n gp o i n t s t ／m s b 2 5 - 2 6 m s 图7 不同孔间距模型监测点l 的爆炸荷载时程曲线 F i g ．7 T i m eh i s t o r yc u r v e so fe x p l o s i o nl o a d sa tm o n i t o r i n gp o i n t1 由图8 可知，在四种炮孑L 间距下爆炸荷载峰值 均随着监测点远离而逐渐减少，但其破岩效果有着 明显差距。n 1 ．5m 时，各监测点爆炸荷载峰值明 显较小，2 炮孔爆炸能量主要作用于左侧新自由面 内岩体且由于炮孔破碎导致较多能量沿着已有裂隙 泄露，因此上部岩体破碎效果较差；a 2 ．0m 时，2 炮孔上部岩体爆炸荷载峰值较大，其爆炸能量能够 较多地作用于上部岩体，上部岩体破碎较好；a 2 ．5m 、3 ．0m 时，各监测点爆炸荷载峰值强度相差 较小且相较前两者更好，上部岩体破碎效果最好。 综合考虑孑L 间裂纹发育情况以及开挖区破岩效 果，a 2 ．0m 、2 ．5m 时，孔问贯通效果好，边帮平 整，开挖区岩体破碎程度好。 3 工程实例 图9 为庐江矿业公司沙溪铜矿大直径深孔试验 采场边帮控制爆破效果图，试验采场均采用1 0 0m m 直径条药，图9 a 为采用3 ．0m 边孔间距采场爆破 后的边帮控制效果图，相邻炮孔间存在较为明显的 脊柱，难以形成平整的边帮，边帮控制效果较差，模 拟结果与实际相符合；图9 b 为采用2 ．0m 边孑L 间 距采场爆破后的边帮控制效果图，相邻炮孔之间边 界平整，无超挖、欠挖现象。 3 0 0 2 5 0 蛊2 0 0 蓦 囊1 5 0 蚩 蝼1 0 0 5 0 0 3456 监测点 图8不同孑L 间距模型监测点爆炸荷载峰值变化曲线 F i g ．8 P e a kl o a dc u r v e so fd i f f e r e n th o l es p a c i n g m o d e l sa tm o n i t o r i n gp o i n t s 万方数据 第3 6 卷第1 期霍晓锋，史秀志，苟永刚边帮控制爆破裂纹扩展模拟及参数优化 图9 边帮控制爆破效果现场图 F i g ．9 F i e l de f f e c to fs i d e w a l lc o n t r o l l e db l a s t i n g 图1 0 为采用2 ．0I n 边孔间距采场边帮孔的孔 内成像图，图1 0 a 为采场爆破前的孔内围岩情况， 孔内围岩岩壁光滑，无裂隙存在，孔内围岩完整，图 1 0 b 为采场爆破后的孔内围岩情况，可以发现爆 后临空面边孔有裂隙存在，但其延伸范围短，无大范 围节理裂隙，孔壁岩体整体完整，不影响后续装药作 业及爆破效果。 | L a 爆破前 a B e f o r eb l a s t i n g b 爆破后 b A f t e rb l a s t i n g 图1 0 边帮炮孔孔内围岩成像图 F i g ．1 0D r i l l i n gI m a g e so fb l a s t h o l es u r r o u n d i n gr o c k 4 结论 1 通过对比分析1 ．9 4 、1 ．6 5 、1 ．3 8 三种径向 不耦合系数下的爆破效果发现，随着不耦合系数的 减小，开挖区自由面附近岩体破碎效果越好，保护区 岩体破坏损伤程度越高。k 1 ．6 5 时，炸药破岩 开 挖区 能量利用率最高，爆破效果最好。 2 通过对比分析1 ．5I n 、2 ．0I n 、2 ．5I n 、3 ．0I n 四种边孔间距下的爆破效果发现，当炮孔间距过小 时，后爆炮孔易被破坏，降低后续爆破能量利用率及 破岩效果，且不利于后续的装药作业及爆破效果；当 炮孔间距过大时，孔间裂纹分布范围明显隔离，边帮 易留下脊柱。a 2 ．0I n 、a 2 ．5I n 时，边帮控制效 果与爆破破岩效果最佳。 3 在现场进行边帮控制爆破试验发现，采用 3 ．0I n 边孔间距时相邻炮孔间存在较为明显的脊 柱，采用2 ．0m 边孔间距时边帮平齐，且爆后临空面 边孔岩体整体完整，能够保证后续的爆破效果。 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ] 纪晓飞，张建伟．红岭铅锌矿阶段空场嗣后充填采矿 法的研究[ J ] ．矿业研究与开发，2 0 1 7 1 1 9 - 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