爆破动载作用下出矿巷道稳定性研究

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千家坪钒矿采用水平扇形深孔阶段矿房法回采矿石,由于采场爆破施工具有装药量大、次数多、井下空间有限等特点,使爆破震动对邻近巷道围岩造成损伤显现的愈发明显。尤其是现场部分区域边墙已经出现裂缝,顶板已有小块岩石脱落。考虑到掌握爆破震动对巷道围岩的破坏机理,即可通过采取相应控爆措施,达到维护采场稳定的目的。因此,本文结合矿山生产实际,以采场实测震动数据为依据,通过理论分析、回归分析、FLAC3D数值计算等手段,分析深孔爆破震动对邻近巷道围岩稳定性造成的影响,并结合现场生产实际,提出相应的控爆措施。本文主要研究成果如下:(1)首先,通过对生产工艺流程、爆破参数设计与出矿巷道破坏现状的调研,设计并实施+745中段采场爆破震动测试,记录深孔爆破时出矿巷道底板处的震动速度、持续时间、主震频率等参数。其次,通过对实测数据进行回归分析,得到爆破震动波在该区域的衰减规律,为采场爆破参数优化提供依据。最后,采用HHT方法对采场某一实测信号分析,发现其能量主要集中于50Hz以内,且大多分布于10Hz20Hz的低频带,并与地下建筑物的自振频率接近,极易引起共振,造成事故,应额外注意;同时,也发现信号瞬时能量的分布主要集中于0.2s0.4s时段,且微差效果体现不明显,建议重新确定最大单段起爆药量和雷管段别,以达到最好降震效果。(2)动载作用下出矿巷道稳定性的数值模拟研究。选取+795中段出矿巷道作为研究对象,根据工程实际建立数值计算模型,以实测垂向震动速度作为动荷载输入波形,分别计算自重状态下与动荷载状态下巷道围岩的应力场、位移场、塑性区与速度场的变化规律。结果显示,虽然爆破震动对巷道围岩(未支护)的位移、应力、塑性区造成的影响较小,但巷道底部较其他区域变化更明显,说明爆破震动对巷道破坏比较有限,且主要集中于底板与墙脚处;通过与锚喷支护后的巷道对比,发现锚喷支护可以进一步降低爆破震动对巷道造成的影响;通过监测巷道四周(除底板)质点的应力场、位移场、速度场随时间的变化规律,发现应力、速度随时间的变化曲线与动荷载输入波形变化大体一致,同时,也发现巷道墙脚处的应力极值变化最大、速度极值变化最大,位移(同一时刻)变化最大,说明爆破震动(仅爆源位于正下方时)对巷道底部影响最大。(3)出矿巷道稳定性监测。通过对爆破作业前后巷道变形的监测,发现其变形处于正常情况,与数值模拟结果比较接近。但在实际中,多次累积爆破后,作业点上方巷道仍会出现一定程度破坏,且在今后频繁的回采作业后,巷道围岩的损伤会进一步累积,进而超过安全阈值,最终导致巷道失稳。因此,巷道掘进后,应该及时对危险区域采取支护措施,并调整爆破作业参数,降低爆破震动对巷道的破坏。
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