复杂充填体下残矿回采爆破振动效应研究(1).pdf

第３５卷 第２期 ２０１８年６月 爆 破 ＢＬＡＳＴＩＮＧ Ｖｏｌ． ３５ Ｎｏ． ２ Ｊｕｎ． ２０１８ ｄｏｉ１０． ３９６３／ ｊ． ｉｓｓｎ． １００１ －４８７Ｘ． ２０１８． ０２． ０１１ 复杂充填体下残矿回采爆破振动效应研究* 段红波 １，２， 张聪瑞１，２， 帅金山３， 贺伟奇１，２， 任高峰１，２， 张文浩１，２ （１．武汉理工大学资源与环境工程学院，武汉４３００７０；２．矿物资源加工与环境湖北省重点实验室， 武汉４３００７０； ３．湖北三鑫金铜股份有限公司， 黄石４３５１００） 摘 要 爆破振动对充填体影响的研究对于爆破参数的优化和安全回采具有现实意义。湖北三鑫金铜股 份有限公司拟在某铜矿▽ －３７０ ｍ中段对残留顶柱进行回采， 为确保安全， 很有必要找到复杂充填体稳定性 与爆破振动之间的内在联系， 从而为爆破参数进行优化提供基础。首先， 对－ ３７０ ｍ中段进行现场爆破测 试， 在单段装药量一定的条件下， 得到不同爆心距的三向振动速度； 再次， 利用ＬＳ-ＤＹＮＡ进行数值模拟， 在五 个不同的单段装药量条件下分别得出了不同爆心距与振速的关系式， 反演得出了单段装药量与爆破安全距 离关系式， 提出了保护充填体的合理措施。 关键词 复杂充填体；爆破振动；数值模拟；单段装药量；线性关系 中图分类号 ＴＤ２３５ 文献标识码 Ａ 文章编号 １００１ －４８７Ｘ（２０１８）０２ －００６１ －０６ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｂｌａｓｔｉｎｇ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｒｅｓｉｄｕａｌ Ｍｉｎｉｎｇ ｕｎｄｅｒ Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｆｉｌｌｉｎｇ Ｂｏｄｙ ＤＵＡＮ Ｈｏｎｇ-ｂｏ１， ２， ＺＨＡＮＧ Ｃｏｎｇ-ｒｕｉ１， ２， ＳＨＵＡＩ Ｊｉｎ-ｓｈａｎ３，ＨＥ Ｗｅｉ-ｑｉ１， ２， ＲＥＮ Ｇａｏ-ｆｅｎｇ１， ２， ＺＨＡＮＧ Ｗｅｎ-ｈａｏ１， ２ （１． Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｗｕｈａｎ ４３００７０，Ｃｈｉｎａ；２． Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｍｉｎｅｒａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｏｆ Ｈｕｂｅｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｗｕｈａｎ ４３００７０，Ｃｈｉｎａ；３． Ｈｕｂｅｉ Ｓａｎ Ｘｉｎ Ｇｏｌｄ Ｃｏｐｐｅｒ Ｃｏ Ｌｔｄ， Ｈｕａｎｇｓｈｉ ４３５１００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｆｉｌｌｉｎｇ ｂｏｄｙ ｉｓ ｏｆ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｍｉｎｉｎｇ． Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅｃｏｖｅｒ ｔｈｅ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｐｉｌｌａｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｄｄｌｅ ｏｆ ▽ －３７０ ｍ ｏｆ ａ ｃｏｐｐｅｒ ｍｉｎｅ ｏｆ Ｈｕｂｅｉ Ｓａｎｘｉｎ ｃｏｍｐａｎｙ，ｉｔ ｉｓ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｏ ｆｉｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｃｏｍｐｌｅｘ ｆｉｌｌｉｎｇｓ ａｎｄ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ，ｓｏ ａｓ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｉｓｔａｎｃｅｓ ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｃｅｒｔａｉｎ ｓｉｎｇｌｅ ｄｅｌａｙ ｃｈａｒｇｅ ｂｙ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ． Ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｂｙ ＬＳ-ＤＹＮＡ ｗｉｔｈ ｆｉｖｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈａｒｇｅｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｐｏｉｎｔ ａｎｄ ｔｅｓｔｉｎｇ ｐｏｉｎｔ ｗｅｒｅ ａｃｑｕｉｒｅｄ． Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｄ ｆｏｒｍｕｌａ ｆｏｒ ｃａｌ- ｃｕｌａｔｉｎｇ ｓａｆｅｔｙ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｉｎｇｌｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｃｈａｒｇｅ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ，ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｔｏ ｐｒｏｔｅｃｔ ｔｈｅ ｆｉｌｌ- ｉｎｇ ｂｏｄｙ ｗｅｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｃｏｍｐｌｅｘ ｆｉｌｌｉｎｇ ｂｏｄｙ；ｂｌａｓｔｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｓｉｎｇｌｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｃｈａｒｇｅ；ｌｉｎｅａｒ ｒｅｌａ- ｔｉｏｎｓｈｉｐ 收稿日期２０１８ －０１ －２８ 作者简介段红波（１９９３ －） ， 男， 湖北黄冈人， 硕士研究生， 矿业工 程， （Ｅ-ｍａｉｌ）１２０７５６２３０１＠ ｑｑ． ｃｏｍ。 通讯作者任高峰（１９７９ －） ， 男， 教授、 硕士研究生导师， 矿业工程， （Ｅ-ｍａｉｌ）ｒｇｆｗｈｕｔ＠１６３． ｃｏｍ。 基金项目中央高校基本科研业务费专项资金资助（２０１７１１３６ＧＸ） （ＮＳＦＣ ５１７７４２２０） 矿产资源在社会基础建设中发挥着重要的作 用， 是工业的粮食， 但由于过度开采， 浅部矿产资源 已面临枯竭， 受开采装备和采选技术的影响， 在回采 过程中留有一定数量的隐患资源。为满足矿山可持 万方数据 续发展， 矿山企业往往需要对这些资源进行二次开 采， 而这些隐患资源往往赋存条件极为复杂， 尤其是 在复杂充填体下进行回采时， 受周边充填体强度的 影响， 采场稳定性差、 回采难度大， 如何在爆炸动载 荷条件下保证充填采场的稳定性是采矿界面临的关 键技术难题。 爆破振动对充填体稳定性的影响， 相关学者已 开展了大量研究工作。史晓鹏基于现场爆破测振得 到的数据， 研究了大直径深孔爆破的振动效应对充 填体的影响， 并根据安庆铜矿爆破生产的现场经验， 提出降低爆破振动影响的有效措施［ １］； 刘爱新等在 充填采矿法二步回采深孔爆破参数优化研究中， 利 用理论分析和数值模拟的方法， 得出了耦合和不耦 合装药结构条件下炸药爆炸传入岩石载荷和充填体 内的载荷［ ２］； 邱贤阳、 史秀志在大直径深孔爆破安 全控制技术的研究中， 利用现场测振和数值模拟， 得 出了空气间隔装药有利于对充填体的保护， 炸药在 炮孔长度方向上分布越均匀，爆破破坏效应越 小［ ３］； 王贤来在金川公司二矿区的工作面顶板及左 右帮均为充填体， 针对采矿过程中的爆破作业， 对凿 岩布孔、 爆破材料选择、 掏槽方式、 炮孔数目、 单响药 量、 微差时间等进行了一系列阐述， 得出结论并优化 参数［ ４］； 刘王正等在地下深孔爆破振动作用下采空 区以及充填体稳定性的研究中利用现场测振和数值 模拟， 通过研究地震波的传播方式， 静载和动载条件 下充填体的振动速度， 得到了保证充填体安全的振 速范围［ ５］； 刘优平等在研究凡口铅锌矿间柱爆破的 影响时， 通过ＬＳ-ＤＹＮＡ模拟出炮孔周围的爆炸应力 场， 然后在充填体内选取多个节点提取其对应的振 动速度值进行分析研究， 进而对炮孔装药参数进行 优化， 并提出合理的降振措施［ ６］。 总结众多学者对于爆破振动影响下充填体稳定 性的研究， 多采用现场测试、 数值模拟的的方法针对 装药结构和对地震波在充填体内的传播规律开展研 究， 但所总结的规律由于工程地质条件各异， 无法在 其他工程中得以应用。因此， 对于湖北三鑫公司在 充填体下进行顶底柱回采所使用的爆破参数采用现 场测试和数值模拟相结合的方法， 开展针对性的研 究， 探索最大单段装药量对充填体的影响， 从安全振 动速度的角度得出不同装药量下充填体的安全距 离， 为现场爆破参数的优化提供依据。 １ 爆破振动测试 １． １ 测试方案 现阶段矿山所采用的充填采矿法， 各中段之间 留设有１０ ｍ厚的顶、 底柱， 为回采此部分矿体将顶、 底柱划分为两层， 每层高度为４ ｍ， 上部留设２ ｍ高 的矿体护顶， 每层中沿矿体走向划分若干个宽度为 ４ ｍ的矿房， 回采时按照“隔一采一”的顺序分步进 行， 结束后充填接顶， 如图１所示。因此在回采间隔 矿柱过程中， 矿房两侧均为充填体暴露面。 图１ 回采方案示意图（ 单位ｍ） Ｆｉｇ． １ Ｍｉｎｉｎｇ ｐｌａｎ（ｕｎｉｔｍ） 为了明确爆破施工对充填间柱稳定性的影响， 给后续研究提供重要参数， 需要在采场内进行爆破 测振试验。本次测试采用５台ＴＣ-４８５０型号的高 精度爆破测振仪， 爆破地点和仪器布置点均位于鸡 冠嘴－ ３７０ ｍ中段顶柱８号凿岩巷， 传感器布置在 平整的充填体表面。由于揭露充填体间柱的长度较 短、 表面曲折不平， 造成多个布点在高度、 倾斜角度 有较小差别，Ｘ方向均指向爆源。设计方案和布点 情况如图２所示。 图２ 测振方案示意图（ 单位ｍ） Ｆｉｇ． ２ Ｂｌａｓｔｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｔｅｓｔｉｎｇ ｐｌａｎ（ｕｎｉｔｍ） １． ２ 测试数据 现场测试时最大单段装药量为３． ６ ｋｇ， 测点布 设于爆心距１０ ｍ、１２ ｍ、１４ｍ、１６． ５ ｍ、１８． ５ ｍ处， 测 得三轴方向的振动速度和主频， 如下表１所示。 ２ 数值模拟研究 ２． １ 模型简化与假设 为有效的开展数值模拟， 对模拟作出以下简化 和假设［ ７，８］ （１） 将断面为２．５ ｍ ２． ５ ｍ的拉底巷道布置在 ２６爆 破 ２０１８年６月 万方数据 矿房边帮， 两侧分别是充填体间柱和待刷帮的矿体， 上侧为待压顶的矿体。炸药为岩石膨化硝铵炸药。 （２） 掌子面炮孔数量较多， 间距较小。严格按照 实际情况建立数值模型将导致模型网格过多， 造成操 作复杂、 计算时间过长， 甚至无法计算。根据以往的 经验， 振动速度的峰值与最大单段药量有关。参照现 场施工过程， 本次模拟采用的最大单段药量分别为 ２．４ ｋｇ、３．０ ｋｇ、３．６ ｋｇ、４．２ ｋｇ、４．８ ｋｇ， 孔深取２ ｍ。 （３） 爆破模型采用ｃｍ-ｇ-μｓ单位制， 所有相关单 位均由ｃｍ-ｇ-μｓ转换而来。力的单位为１０７Ｎ， 压 力单位为 １０５ＭＰａ， 位移单位为 １０ －２ ｍ， 速度单 位为１０４ｍ／ ｓ。 表１ 现场测振数据 Ｔａｂｌｅ １ Ｆｉｅｌｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｄａｔａ 振动速度（ｃｍｓ －１） 主频／ Ｈｚ 位置测点 最大单段 药量／ ｋｇ 爆心 距／ ｍｘ方向ｙ方向ｚ方向ｘ方向ｙ方向ｚ方向 总装 药量／ ｋｇ １１０１２． ６８１３． ３３６． ５２１２． ５８７１． ４３３２． ７９ ２１２１０． ８７１０． １９５． １３１１７． ６５７１． ４３２８． ９３ －３７０ ｍ 中段顶 柱８号 凿岩巷 ３３． ６１４４． ５７７． ００４． ０１２７． ４０８３． ３４５０． ００３６ ４１６． ５２． １３３． ６２３． ０７４１． ６７３０． ７７６２． ５０ ５１８． ５２． ０４１． ６７１． ９４１３３． ３３１１７． ６５１１１． １１ ２． ２ 材料模型简介 ２． ２． １ 炸药模型和状态方程 炸药采用ＨＩＧＨ＿ＥＸＰＬＯＳＩＶＥ＿ＢＵＲＥ材料模型 来模拟炸药爆炸过程［ ９］ ｆ ＝ ｍａｘ（ｆ１，ｆ２） ｆ１＝ ２（ｔ － ｔｅ）Ｄ ３Ｖｅ／ Ａｍａｘ ｔ ＞ ｔｅ ０ｔ ≤ ｔ { ｅ ｆ２＝ １ － Ｖ １ － ｖＣＪ （１） 式中ｆ、ｆ１、ｆ２为燃烧系数， 若ｆ ＞１， 则取ｆ ＝１； ｔ、ｔｅ分别为爆炸应力波传至当前单元形心处所需时 间和最短时间，ｓ；Ｄ为爆炸应力波传播速度，ｍ／ ｓ； Ａｍａｘ为炸药爆炸时对单元形心处的最大压强，ＧＰａ；Ｖ 为爆轰产物的相对体积， 等于爆破产物体积与初始 体积之比；Ｖｅ为爆炸应力波在ｔｅ时， 爆破产物体积与 初始体积之比；ｖＣＪ为炸药爆速常数； 通常乳化炸药密 度为０．９５ ～１．２５ ｇ／ ｃｍ３， 爆速为３５００ ～５０００ ｍ／ ｓ。 采用ＪＷＬ状态方程模拟爆炸过程中压力 ｐＣＪ＝ Ａ １ － ω Ｒ１ CJ Ｖ ｅ－Ｒ１Ｖ＋ Ｂ １ － ω Ｒ２ CJ Ｖ ｅ－Ｒ２Ｖ＋ ωＥ ０ Ｖ （２） 式中Ｖ为爆轰产物的相对体积；Ｅ０为初始比 内能；ω为格林爱森参数， 表示定容条件下压力相对 于内能的变化率；Ａ、Ｂ均为常数；Ｒ１、Ｒ２均为无量纲 常数。 ２． ２． ２ 矿体和充填体力学模型 塑性随动硬化模型是一种弹塑性材料， 分为弹 性阶段和塑性阶段。弹性加载过程中， 应力应变呈 线性关系， 比值即为弹性模量。随着荷载增加， 超过 屈服应力后， 材料开始进入塑性阶段。此时应力和 应变之间仍呈线性关系， 但是比值减小， 称为硬化模 量。当材料进行卸载时， 应力应变关系基本与弹性 阶段相同， 当荷载降到０后， 材料中出现了不可恢复 的永久变形， 即塑性变形［ １０］。在本次研究中， 即选 用莫尔库仑模型作为矿岩、 充填体的本构模型进 行数值模拟。 在ＬＳ-ＤＹＮＡ中， 塑性随动硬化模型可以通过控 制硬化参数改变材料的特性。当硬化参数为０时， 材料表现为仅随动硬化， 设置为１时则表现为仅各 向同性硬化， 也可以设置为０ ～ １之间的数值， 表现 为一种混合材料。模型还与应变率这一参数有关， 在屈服应力的方程表达式中， 引入多个与应变率相 关的其他变量［ １１］。 ２． ３ 材料参数选取 （１）炸药采用岩石乳化炸药（*ＭＡＴ＿ＨＩＧＨ＿ ＥＸＰＬＯＳＩＶＥ＿ＢＵＲＮ） ，并定义状态方程（*ＥＯＳ ＿ ＪＷＬ） ， 材料参数见表２。 表２ 炸药参数[ １２，１３] Ｔａｂｌｅ ２ Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ 炸药密度 ρ／ （ｇｃｍ －３） 爆速Ｄ／ （ｃｍ μｓ －１） 爆压ｐｃ － ｊ／ ＧＰａ 参数Ａ／ ＧＰａ 参数Ｂ／ ＧＰａ 参数Ｒ１参数Ｒ２参数ω 参数Ｅ／ ＧＰａ 参数Ｖ０ １． ５０． ３６３． ４２１４． ４０． １８２４． ２０． ９０． １５４． １９２０ ３６第３５卷 第２期 段红波， 张聪瑞， 帅金山， 等 复杂充填体下残矿回采爆破振动效应研究 万方数据 （２） 矿体和充填体均采用弹塑性材料（*ＭＡＴ＿ ＰＬＡＳＴＩＣ＿ＫＩＮＥＭＡＴＩＣ） ， 其力学参数见表３。 表３ 材料力学参数 Ｔａｂｌｅ ３ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ 密度 ρ／ （ｇｃｍ －３）弹性模量 Ｅ／ ＭＰａ 泊松 比ｖ 切线模量 ＥＴ／ ＧＰａ 屈服强 度／ ＧＰａ 矿体力学 参数 ３１７． １０． ２６００． ０３０ 充填体 力学参数 ２０． ８０． １８００． ００５ ３ 建立数值模型 ３． １ 炮孔布置 回采爆破设计中， 掌子面炮孔和雷管段位布置 如图３所示。在掌子面一次循环爆破中， 炮孔数量 较多。由于最大振动速度与最大单段药量相关， 建 模过程中只考虑与最大单段药量相关的炮孔。通过 现场调查， 掌子面底部的４个周边眼炮孔（ 图３小方 框内）均采用１０段毫秒雷管进行起爆且总装药量 最大。另外由于监测范围小， 不能对炮孔进行简化， 需要严格按照现场炮孔布置进行建模。 图３ 掌子面炮孔布置示意图 Ｆｉｇ． ３ Ｌａｙｏｕｔ ｏｆ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｈｏｌｅｓ ３． ２ 边界条件 为了减小研究对象的建模尺寸， 同时又不致因 爆炸应力波在模型边界上的反射和相互叠加带来的 较大误差， 在ＬＳ-ＤＹＮＡ中通过在模型边界的所有单 元上施加两个方向的粘性阻尼分布力， 即正应力和 切应力， 然后再把这种人为阻尼转化为等价的节点 集中力， 就可以在边界上添加无反射边界条件。在 边界面上施加的正应力和切应力分别为 σ ＝ ρｖｐｗ（３） τ ＝ ρｖｓｕ（４） 式中σ、τ分别为施加在边界上的正应力和切 应力；ρ为模型材料的密度；ｖｐ、ｖｓ分别为纵波波速和 横波波速；ｗ、ｕ分别为边界面上质点的法向和切向 速度分量。 ４ 数值模拟分析 ４． １ 分析方法 研究爆破振动对充填体间柱的影响， 就是研究 对应单元和质点在爆破作用下的振动速度幅值的变 化规律， 从而评估其安全状态。数值方法分析问题 的主要手段就是将问题进行定性定量分析， 将众多 的影响因素进行抽取分类， 影响较小的因素可以看 成是己知定值， 再将影响较大变量进行定量分析， 建 立各自的函数关系式， 找出影响规律。一般认为影 响爆破振动的主要因素是炸药量、 爆心距。因此， 地 面质点振动强度的幅值可以表示如下 Ｖ ＝ ＫＱｎＲｍ（５） 式中Ｋ、ｎ、ｍ为待定系数；Ｖ为质点振动的最大 幅值；Ｑ为装药量；Ｒ为爆心距。本次分析通过模拟 结果与实测数据对比后， 采用二次多项式拟合振动 速度与最大单段药量的模拟结果。 ４． ２ 现场测振分析与模拟结果对比 根据现场装药参数和测点布置情况， 数值模拟 中取最大单段药量为３． ６ ｋｇ， 选择爆心距在９ ｍ、 １１ ｍ、１３． ５ ｍ、１６． ５ ｍ、２０ ｍ处布置五个测点， 各测 点振动速度见表４。Ｘ方向指向爆源，Ｙ方向垂直充 填体壁，Ｚ方向为竖直， 取Ｘ、Ｙ方向中最大值进行 后续拟合分析。见表４。 表４ 实测振动速度 Ｔａｂｌｅ ４ Ｆｉｅｌｄ ｔｅｓｔ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ 测点 最大单段 药量／ ｋｇ 爆心 距／ ｍ ｘ方向 振动速度／（ｃｍｓ －１） ｙ方向ｚ方向 １９． ０１２． ５４１２． ７６１０． １８ ２１１． ０１０． ２０７． ８３６． ９７ ３３． ６１３． ５７． ５５５． １１６． ５３ ４１６． ５４． ９８４． ５９４． ４６ ５２０． ０２． ９３３． ２９２． ９４ 将数值模拟结果与实测数据对比如图４所示。 通过比较上述结果可知， 在五个测点处， 爆破振 动速度的计算值和实测值的相对误差分别为 －４． ２８％、－ ６． １６％、７． ８６％、２７． ０４％、２４． ６％。离 工作面越近， 数值模拟计算结果的可信度越高， 总体 上， 计算结果在允许误差范围之内。因此该数值模 型可用于分析和研究最大单段药量对充填体间柱的 影响。 利用二次多项式拟合模拟结果如上图５所示， ４６爆 破 ２０１８年６月 万方数据 能够较准确地表示振动速度与爆心距的关系。 图４ 数值计算结果与实测数据对比 Ｆｉｇ． ４ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｄａｔａ ４． ３ 不同最大单段药量模拟结果分析 采用相同的模型和参数， 通过改变最大单段药量 来进行数值计算分析。取最大单段药量分别为２．４ ｋｇ、 ３．０ ｋｇ、４．２ ｋｇ、４．８ ｋｇ， 测点的振动速度结果见表５。 图５ 最大单段药量为３． ６ ｋｇ的数值计算结果拟合 Ｆｉｇ． ５ Ｍａｘｉｍｕｍ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈａｒｇｅ ｏｆ ３． ６ ｋｇ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ 表５ 四种最大单段装药量的测点振动速度 Ｔａｂｌｅ ５ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｆ ｆｏｕｒ ｍａｘｉｍｕｍ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈａｒｇｅ ａｔ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｐｏｉｎｔｓ 测点 爆心距 单段装药为２． ４ ｋｇ 时三轴振动速度／ （ｃｍｓ －１） 单段装药为３． ０ ｋｇ 时三轴振动速度／ （ｃｍｓ －１） 单段装药为４． ２ ｋｇ 时三轴振动速度／ （ｃｍｓ －１） 单段装药为４． ８ ｋｇ 时三轴振动速度／ （ｃｍｓ －１） ｘｙｚｘｙｚｘｙｚｘｙｚ １９． ０７． ２１６． ７７４． ５２９． ７２９． ６３６． ５４１８． ３４１６． ４５１４． ５５２４． ３１２１． １６１８． ８８ ２１１． ０５． ４５３． ８８２． ８５７． ６７５． ６３４． ６５１４． ４６１０． ２７９． ４５１９． ０５１２． ８１１２． １４ ３１３． ５３． ６９２． １６２． ３５５． ５８３． ５０４． １６１０． ３６６． ６１９． ３９１３． ２１８． ４６１２． ３１ ４１６． ５２． ４６２． １８２． ０１３． ９７３． ２６３． ０７６． ９７６． ０８６． １２９． ０１７． ０８７． ７８ ５２０． ０１． ５３１． ４９１． １４２． １１２． ３２１． ９４４． ２３４． １８４． ０９５． ４２５． ０２５． ３９ 最大单段药量不同时， 爆心距与振速的二次拟 合多项式分别为 （Ｒ２为相似拟合度） ２． ４ ｋｇｙ ＝ ０． ０３７９６ｘ２－ １． ６１１０９ｘ ＋ １８． ６０１８３ （Ｒ２＝０． ９９６０３） ３． ０ ｋｇｙ ＝ ０． ０３３７８ｘ２－ １． ６４１６６ｘ ＋ ２１． ６９８５３ （Ｒ２＝０． ９９７１３） ３． ６ ｋｇｙ ＝ ０． ０４７５７ｘ２－ ２． ２４４０６ｘ ＋ ２９． １２０４９ （Ｒ２＝０． ９９９７３） ４． ２ ｋｇｙ ＝ ０． ０７１８７ｘ２－ ３． ３６１１ｘ ＋ ４２． ７４０３４ （Ｒ２＝０． ９９９５７） ４． ８ ｋｇｙ ＝ ０． １０５３３ｘ２－ ４． ７６１３４ｘ ＋ ５８． ６０３３１ （Ｒ２＝０． ９９８２９） 现阶段由于充填体较岩石强度低， 稳固性差， 且 无支护， 因此在充填体中允许的安全振动速度较小。 在此取保守值１０ ｃｍ／ ｓ为安全临界值［ １４］。故将 ｙ 取值为１０ ｃｍ／ ｓ， 反算上述拟合公式可得 最大单段 药量分别为２． ４ ｋｇ、３． ０ ｋｇ、３． ６ ｋｇ、４． ２ ｋｇ、４． ８ ｋｇ 时，安全距离临界值分别为６． ２６ ｍ、８． ６７ ｍ、 １１． １６ ｍ、１３． ８３ ｍ、１５． ５７ ｍ。由图６可知， 安全距离 临界值与最大单段药量基本呈线性关系。线性拟合 后可表示为ｙ ＝３． ９６ｘ －３． １７， 随着装药量的增加安 全临界值点离爆源距离随之增加。在单段装药量较 少的情况下拟合结果更可靠。 图６ 安全距离临界值与最大单段药量的线性拟合图 Ｆｉｇ． ６ Ｔｈｅ ｌｉｎｅａｒ ｆｉｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈａｒｇｅ ４． ４ 爆破减振措施分析 在复杂充填采矿条件下充填体间柱的振动峰值 对炸药量很敏感， 在保证爆破效果的基础上， 要严格 控制最大单段药量， 减小对充填体间柱的影响程度 和范围。 ５６第３５卷 第２期 段红波， 张聪瑞， 帅金山， 等 复杂充填体下残矿回采爆破振动效应研究 万方数据 工程实践表明， 当保护对象距爆源很近时， 可在 爆源周边介质中钻凿单排或双排防振孔， 可以起到 降振作用， 在该矿山中， 保护对象为稳定性差的充填 体， 故而可以在爆源附近的顶柱上凿孔降振。选用 低爆速、 低密度炸药， 或减少装药直径， 采用不耦合 装药和空腔条形药包， 也可降低爆破振动峰值。另 一方面， 在掌子面爆破前， 可通过喷浆等方法对充填 体表面进行加固， 防止出现片落、 裂隙。在实际条件 下， 选择合适的优化方案。 ５ 结论 通过对湖北三鑫金铜股份有限公司顶柱爆破回 采引起周边充填体振动规律的监测以及不同装药量 下爆破振动的数值模拟， 得到以下结论 （１） 所建立的动力响应数值分析模型相对合理 可靠， 能较真实地反映爆破振动速度的动力响应。 现场监测和数值模拟分析所得的振动波形基本一 致， 误差率在－４． ２８％ ～ ２４． ６％， 呈离工作面越近， 数值模拟计算结果越可靠的趋势。 （２） 依据动力响应数值分析的结果， 模拟出不 同装药量条件下爆破地振波在充填体中的传播和衰 减规律， 并拟合出不同单段装药量对爆破安全距离 的影响关系式为ｙ ＝３． ９６ｘ －３． １７， 为顶柱开采时对 充填体的安全保护提供依据。 参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ） ［１］ 史晓鹏．大直径深孔采矿爆破对充填体的影响分析 ［Ｊ］．有色金属工程，２０１５，５（Ｓ１） １１３-１１５． ［１］ ＳＨＩ Ｘｉａｏ-ｐｅｎｇ． Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｄｅｅｐ ｈｏｌｅ ｍｉｎｉｎｇ ｏｎ ｆｉｌｌｉｎｇ ｂｏｄｙ［Ｊ］． Ｎｏｎｍｅｔａｌ- ｌｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１５，５（Ｓ１） １１３-１１５．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［２］ 刘爱兴．充填采矿法二步回采深孔爆破参数优化研究 ［Ｄ］．唐山 华北理工大学，２０１６． ［２］ ＬＩＵ Ａｉ-ｘｉｎｇ． Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｅｐ-ｈｏｌｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｎ ｔｗｏ-ｓｔｅｐ ｍｉｎｉｎｇ ｏｆ ｆｉｌｌｉｎｇ ｍｉｎｉｎｇ［Ｄ］． Ｔａｎｇ- ｓｈａｎＮｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１６．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［３］ 邱贤阳， 史秀志．大直径深孔爆破安全控制技术［Ｊ］． 有色金属工程，２０１５，３２（Ｓ１） １３７-１４０． ［３］ Ｑｉｕ Ｘｉａｎ-ｙａｎｇ，ＳＨＩ Ｘｉｕ-ｚｈｉ． Ｓａｆｅｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｄｅｅｐ ｈｏｌｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ［Ｊ］． Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ Ｍｅｔａｌｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１５，３２（Ｓ１） １３７-１４０．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［４］ 王贤来．优化爆破参数， 减小对充填体的振动［Ｊ］．中 国安全科学学报，１９９８，８（Ｓ１） ９９-１０２． ［４］ ＷＡＮＧ Ｘｉａｎ-ｌａｉ． Ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ａｎｄ ｒｅ- ｄｕｃｅ ｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｌｌｉｎｇ ｂｏｄｙ［Ｊ］． Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓａｆｅｔｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９８，８（Ｓ１） ９９-１０２．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［５］ 刘王波．地下深孔爆破振动作用采空区及充填体稳定 性研究［Ｄ］．唐山 华北理工大学，２０１６． ［５］ ＬＩＵ Ｗａｎｇ-ｂｏ． Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔａｂ ｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｔｏｐｅ ａｎｄ ｆｉｌｌｉｎｇ ｂｏｄｙ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｄｅｅｐ-ｈｏｌｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ［Ｄ］． ＴａｎｇｓｈａｎＮｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈ- ｎｏｌｏｇｙ，２０１６．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［６］ 刘优平， 龚 敏．近充填体崩矿过程爆破振动控制研 究［Ｊ］．矿冶工程，２０１１，３１（５） １３-１７． ［６］ ＬＩＵ Ｙｏｕ-ｐｉｎｇ，ＧＯＮＧ Ｍｉｎ． Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｎｅａｒ ｆｉｌｌｉｎｇ ｂｏｄｙ［Ｊ］． Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１１，３１（５） １３-１７．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［７］ 刘 欣， 顾文彬．气泡帷幕对水中冲击波衰减特性的 数值模拟研究［Ｊ］．爆破，２０１５，３２（３） ７９-８４． ［７］ ＬＩＵ Ｘｉｎ，ＧＵ Ｗｅｎ-ｂｉｎｇ． Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ａｔｔｅｎｕａ- ｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｈｏｃｋ ｗａｖｅ ｉｎ ｗａｔｅｒ ｃｕｒｔａｉｎ［Ｊ］． Ｂｌａｓｔｉｎｇ，２０１５，３２（３） ７９-８４．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［８］ 宋子岭， 庞 湃．露天矿采空区深孔台阶爆破的合理 参数确定［Ｊ］．爆破，２０１６，３３（３） ４７-５２． ［８］ ＳＯＮＧ Ｚｉ-ｌｉｎｇ，ＰＡＮＧ Ｐａｉ． Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｐａ- ｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｄｅｅｐ-ｈｏｌｅ ｓｔｅｐ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｉｎ ｇｏａｆ ｏｆ ｏｐｅｎ-ｐｉｔ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ［Ｊ］． Ｂｌａｓｔｉｎｇ，２０１６，３３（３） ４７-５２．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［９］ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ Ｌ Ｓ Ｔ． ＬＳ-ＤＹＮＡ ｋｅｙｗｏｒｄ ｕｓｅｒ′ｓ ｍａｎｕａｌ ［Ｍ］． ＵＳＡ２００７． ［１０］ 吴贤振， 尹丽冰．基于ＬＳ-ＤＹＮＡ的临近采空区多段 爆破微差时间优化研究［Ｊ］．爆破，２０１５，３２（１） ８７- ９２． ［１０］ ＷＵ Ｘｉａｎ-ｚｈｅｎ，ＹＩＮ Ｌｉ-ｂｉｎｇ． Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｕｌｔｉ-ｓｔａｇｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｔｉｍｅ ｉｎ ｇｏａｆ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＬＳ- ＤＹＮＡ［Ｊ］． Ｂｌａｓｔｉｎｇ，２０１５，３２（１） ８７-９２．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［１１］ 邱景平， 杨 蕾．充填体损伤本构模型的建立及其强 度的确定方法［Ｊ］．金属矿山，２０１６，４５（５） ４８-５１． ［１１］ ＱＩＵ Ｊｉｎｇ-ｐｉｎｇ，ＹＡＮＧ ｌｅｉ． Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ ｏｆ ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｆｉｌｌｉｎｇ ｄａｍａｇｅ ａｎｄ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｔｓ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ［Ｊ］． Ｍｅｔａｌ Ｍｉｎｅ，２０１６，４５（５） ４８-５１．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［１２］ 南宇翔， 蒋建伟．一种与爆轰参数封闭的ＪＷＬ方程参 数确定方法［Ｊ］．爆炸与冲击，２０１５，３５（２） １５７-１６３． ［１２］ ＮＡＮ Ｙｕ-ｘｉａｎｇ，Ｊｉａｎｇ Ｊｉａｎ-ｗｅｉ． Ａ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｊｗｌ ｅｑｕａｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗｉｔｈ ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｃｌｏｓｅｄ ［Ｊ］． Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ａｎｄ Ｓｈｏｃｋ，２０１５，３５（２） １５７-１６３．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［１３］ 白金泽． ＬＳ-ＤＹＮＡ３Ｄ理论基础与实例分析［Ｍ］．北 京 科学出版社，２００５． ［１４］ 罗 忆， 卢文波．爆破振动安全判据研究综述［Ｊ］．爆 破，２０１０，２７（１） １４-２２． ［１４］ ＬＵＯ Ｙｉ，ＬＵ Ｗｅｎ-ｂｏ． Ｖｉｅｗ ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｓａｆｅｔｙ ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ ｏｆ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ［Ｊ］． Ｂｌａｓｔｉｎｇ，２０１０，２７（１） １４-２２． （ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ６６爆 破 ２０１８年６月 万方数据