爆破作用對(duì)地下金屬礦山圍巖穩(wěn)定性的影響

■字定文

（騰沖縣金嶺爆破工程有限公司 云南騰沖 679100）

爆破作用對(duì)地下金屬礦山圍巖穩(wěn)定性的影響

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（騰沖縣金嶺爆破工程有限公司 云南騰沖 679100）

本文利用光纖光柵傳感器對(duì)云南金屬礦山的礦體爆炸作用下的圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)爆破作用下的圍巖穩(wěn)定性，結(jié)合該礦區(qū)的開(kāi)采狀況進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，一次來(lái)對(duì)爆破作用對(duì)地下金屬礦山圍巖穩(wěn)定性的影響進(jìn)行研究分析。

爆破作用金屬礦山圍巖穩(wěn)定性

在礦山采礦過(guò)程中，工程爆破的應(yīng)用較為廣泛，由于其具有作用時(shí)間短，功率和效率都很高的優(yōu)勢(shì)，在金屬礦山中也應(yīng)用較多。可是在爆破過(guò)程中產(chǎn)生的爆破地震效應(yīng)，這種現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于地震波在巖石中介中傳播，使得爆炸源附近的圍巖產(chǎn)生顛簸和晃動(dòng)。而這種效應(yīng)會(huì)對(duì)圍巖造成不同程度的損傷，使得圍巖石產(chǎn)生裂縫，如果巖石產(chǎn)生一定的位移，就會(huì)有礦山局部冒頂以及松石片落的事故發(fā)生。所以為了保證地下圍巖穩(wěn)定性，對(duì)地下采礦爆源產(chǎn)生的圍巖應(yīng)變進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)控制地下工程圍巖與結(jié)構(gòu)因?yàn)楸飘a(chǎn)生的災(zāi)害進(jìn)行研究，以及對(duì)爆破波作用下的圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行分析是具有重要意義的。

1 研究對(duì)象

此文的研究工程是以云南金屬礦礦體地質(zhì)條件為背景進(jìn)行研究的。平面區(qū)間527-548線之間，連續(xù)分布有V2-2礦體，礦體主要存在于黃鐵絹英巖化花崗質(zhì)碎裂巖中，還存在于黃鐵絹英巖中，以細(xì)脈狀為主要的礦化特點(diǎn)，于主裂面下6-57米，礦體走向長(zhǎng)度為453米，傾向和傾角均為43°左右，3305-3580米的控制標(biāo)高，42°-49°走向，沒(méi)有明顯的分支復(fù)合現(xiàn)象。其礦體巖石物理學(xué)參數(shù)如表：

該礦體平均真厚度和平均水平厚度分別為9.30米和13.14米，厚度變化系數(shù)為127%，在穩(wěn)定層9米厚度，向東北方向側(cè)伏約49°，屬于不穩(wěn)定-很不穩(wěn)定型礦體。

2 研究方法

2.1 光纖光柵傳感器

本文對(duì)該金礦礦體的開(kāi)挖現(xiàn)場(chǎng)利用光纖光柵傳感實(shí)驗(yàn)，對(duì)其爆破作用下的動(dòng)態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并采集礦山圍巖穩(wěn)定性的應(yīng)變數(shù)據(jù)和爆破波譜，以便進(jìn)行深入的研究和分析。其光纖傳感器的布置如圖：

光纖傳感器布置好之后，就能對(duì)其監(jiān)測(cè)范圍之內(nèi)的巖石進(jìn)行檢測(cè)，光纖傳感器的波長(zhǎng)會(huì)隨著監(jiān)測(cè)到的巖石的裂隙應(yīng)變而發(fā)生改變，并以此來(lái)記錄巖石的應(yīng)變大小，對(duì)其進(jìn)行應(yīng)變情況的監(jiān)測(cè)。管線傳感器選擇的頻率，為了要符合爆破的高頻信號(hào)特點(diǎn)，滿足巖石裂隙發(fā)展的速度，所以要選擇每秒記錄500個(gè)數(shù)據(jù)的頻率的檢測(cè)儀器。在爆破現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)中，為了使數(shù)據(jù)清晰易于分析能清楚表示各個(gè)傳感器的波長(zhǎng)變化值，要選取微應(yīng)變?yōu)閥坐標(biāo)來(lái)代替實(shí)際監(jiān)測(cè)到的波長(zhǎng)值，而這些應(yīng)變數(shù)據(jù)就是在爆破過(guò)程中，光纖傳感器對(duì)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)值，傳感器在爆破過(guò)程中的振動(dòng)時(shí)程記錄如圖：

其檢測(cè)到約十個(gè)微應(yīng)變的應(yīng)變范圍，記錄的額時(shí)間大約是1.745秒，爆破振動(dòng)大約持續(xù)了0.381秒，一共874個(gè)數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)值模擬爆破

在該金礦V2-2礦體16中斷-3407米的水平采切工作面運(yùn)用數(shù)值模擬爆破進(jìn)行研究。施工回采進(jìn)路間距是9米，2.4米×2.5米的斷面尺寸，采用長(zhǎng)方體三維模型，其模型的長(zhǎng)寬高分別為51米、16米、51米，水平采切工作面沿走向長(zhǎng)449米，其平均水平厚度是9米，長(zhǎng)方體三維模型的高度是其標(biāo)高-3384米—-3434米，以沿礦體走向?yàn)槠鋵挾确较?、垂直礦體的走向作為長(zhǎng)度方向，矩形斷面運(yùn)用于與采切巷道相連的平巷，要求子啊巷道附近加密網(wǎng)絡(luò)線，該斷面尺寸是2.6米×2.6米。對(duì)該金礦用23千克的藥量進(jìn)行爆破，硐室爆破的主頻大約41赫茲，持續(xù)時(shí)間是0.33秒，峰值速度是25厘米每秒。模擬分析值的的采集利用如圖的爆破地震波：

對(duì)數(shù)值模擬爆破地震波的波速和頻率可以分別運(yùn)用如下的公式進(jìn)行計(jì)算：

為了對(duì)巖石爆破地震波在模型中傳播精確，將動(dòng)力分析命令以及莫爾-庫(kù)倫模型運(yùn)用到計(jì)算過(guò)程中，為了對(duì)巖石自然頻率進(jìn)行精確的估計(jì)，要采用質(zhì)量阻尼、瑞麗剛度進(jìn)行計(jì)算。然后在巷道y=5米的斷面設(shè)置五個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并將其布置在巷道的拱頂偏低、頂部以及兩幫的位置，這是為了對(duì)平巷穩(wěn)定性在爆破振動(dòng)下的影響。

2.3 平巷、采準(zhǔn)巷道圍巖穩(wěn)定性影響分析

（1）對(duì)平巷圍巖穩(wěn)定性影響的分析的結(jié)果是，爆破對(duì)近區(qū)平巷結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較大，斷面處的應(yīng)力值變化達(dá)120%，平巷的主應(yīng)力值產(chǎn)生波動(dòng)，而且在爆破作用下安全系數(shù)有約7%的變化，改變了平巷的受力伏態(tài)。在平巷中，距離爆破處距離近的影響比距離遠(yuǎn)的影響要大，但是其衰減速度則相反，在距離爆破處遠(yuǎn)的斷面爆破作用要比近距離的衰減得慢，然后形成彈性振動(dòng)，影響不到巷道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；

（2）對(duì)采準(zhǔn)巷道圍巖穩(wěn)定性影響的分析結(jié)果是，在爆破作用下巷道本身的影響是最大的，相比平巷的主應(yīng)力值，該應(yīng)力值的波動(dòng)范圍高達(dá)141%，安全系數(shù)的降低23%，所以對(duì)采準(zhǔn)巷道圍巖穩(wěn)定性的影響要進(jìn)行重點(diǎn)考慮，并對(duì)其安全系數(shù)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)；相鄰的回采巷道應(yīng)力也受爆破作用的影響，自距離爆破處9米的巷道應(yīng)力值變化約11%，安全系數(shù)約4%，而在距離爆破處18米處的巷道應(yīng)力值變化約2%，安全系數(shù)也大約2%，同樣也是在爆破近距離出的巷道影響大衰減快，遠(yuǎn)距離處的影響小衰減慢，對(duì)圍巖的穩(wěn)定性幾乎沒(méi)有影響。根據(jù)爆破安全規(guī)則，巷道內(nèi)壁子啊爆破作用下發(fā)生的振動(dòng)速度小，由于距離爆破處的距離遠(yuǎn)，所以小于四十厘米每秒的無(wú)支護(hù)巷道臨界振動(dòng)速度，無(wú)需考慮巷道穩(wěn)定性影響因素。

3 總結(jié)

綜上所述，利用光纖傳感器對(duì)地下金屬礦山圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采用數(shù)值模擬爆破對(duì)爆破振動(dòng)波的應(yīng)力值進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以通過(guò)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)記錄，能對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性在爆破作用下的影響進(jìn)行精準(zhǔn)的反饋。通過(guò)研究分析，爆破作用下的采準(zhǔn)巷道與平巷交接處由于出現(xiàn)了塑性區(qū)，所以圍巖穩(wěn)定性受到爆破前以及爆破后的采準(zhǔn)巷道圍巖的開(kāi)挖的較大影響，而對(duì)采準(zhǔn)巷道的圍巖穩(wěn)定性的影響，由于爆破自傳播過(guò)程中減弱，有相鄰巷道來(lái)分擔(dān)爆破振動(dòng)，而使其振動(dòng)轉(zhuǎn)換為彈性振動(dòng)，所以對(duì)相鄰巷道的圍巖穩(wěn)定性沒(méi)有影響。

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P613[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-10-104-2