中深部金属矿保安矿柱爆破回采的动力响应特性研究

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随着资源量的不断减少以及矿产资源价格的不断走高,矿柱作为支撑地下开采系统的结构以及可(应)回收资源,其稳定性越来越引起采矿工作者的重视。采场爆破振动是影响矿柱稳定的最重要因素之一,强烈的爆破振动可能导致矿柱高应力集中或内部损伤,为下一步回收矿柱带来一定的安全隐患,甚或造成岩体灾变失稳的后果。因此,研究中深部金属矿在高地应力条件下爆破振动对矿柱稳定性的影响规律,对矿产资源的充分回收以及矿山安全生产具有重要的理论和实践价值。论文以程潮铁矿西区选厂下保安矿柱爆破回采为工程背景,综合采用理论分析、数值模拟计算的方法与手段,探讨了预留点柱和条柱、以及不同级配充填体填充前后的爆破开采动力扰动过程,考虑地应力作用下爆破开采的动静力组合作用,针对顶板的爆破振动峰值速度、动力损伤特性及分布情况以及爆破震动诱发的塑性变形进行研究,并将该规律应用于程潮铁矿西区-375m水平保安矿柱的回采中,对原有设计参数进行优化研究,以指导现场生产工作。论文主要的研究内容及成果有:(1)研究爆破地震波的形成、传播、危害机理。为研究爆破地震波在介质中的传播特性及规律奠定理论基础。(2)运用ANSYS有限元数值计算软件,建立矿柱在爆破动载荷作用过程的数值计算模型,研究矿柱岩体在爆破震动动载荷作用下的应力和应变规律。结合岩石力学知识,分析爆破震动对矿柱稳定性的影响程度。运用动力数值分析方法,从爆破开采的施工程序以及方案入手,模拟爆破开采的物理力学过程,分析爆破振动峰值振速衰减规律、围岩损伤分布特性等,最终对预留条柱、点柱的不同开采方案的动力稳定性进行评价。研究表明,条柱稳定性较好,而点柱则出现严重损伤区,威胁采场的稳定。(3)结合数值计算结果,研究适合矿山现场降低在高地应力条件下爆破震动对矿柱稳定性影响的方案和措施。研究表明,通过提升点柱半径等措施可以有效地提高点柱的稳定性。
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