爆破动荷载对充填体内预留巷道的稳定性研究.pdf
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1、中国矿山工程China Mine Engineering2023 年 8 月第 52 卷摇 第 4 期爆破动荷载对充填体内预留巷道的稳定性研究Study on the Stability of the Reserved Roadway in Filling Body Under Blasting Dynamic Load刘摇 晓(山东金洲矿业集团有限公司,山东 威海 264500)摘摇 要:开采爆破的动力扰动对巷道稳定性影响的研究是矿山安全生产的重要方面。为了研究不同扰动下充填体内预留巷道的动力响应规律,通过 3DEC 软件建立了巷道动力稳定性分析的三维数值模型并进行了数值模拟分析,分析了爆破
2、动载荷下巷道周围的变形特征以及应力场分布特征。研究结果表明:爆破在一定程度上改变巷道周围的压应力、拉应力区的范围。采用钢筋网+钢丝绳的预留巷道开采方式,可以很大程度上的削弱巷道外爆破动力扰动,提高巷道稳定性。关键词:预留巷道开采方式;爆破扰动;巷道稳定性;三维离散元分析中图分类号:TD853摇 摇 摇 文献标志码:A摇 摇 摇 文章编号:1672鄄鄄609X(2023)04鄄鄄0024鄄鄄06Abstract:The study of the influence of dynamic disturbance of mining blasting on the stability of road
3、way is an important aspect of minesafety production.In order to study the dynamic response rules of the reserved roadway in the backfill under different disturbances,athree鄄dimensional numerical model for the dynamic stability analysis of roadway was established by 3DEC software and numericalsimulat
4、ion analysis was carried out,and the deformation characteristics and stress field distribution characteristics around roadwayunder dynamic blasting load were analyzed.The results show that blasting changes the range of compressive stress and tensile stressaround the roadway to some extent.Using the
5、reserved roadway mining mode of steel mesh+steel wire rope can greatly weaken thedynamic disturbance of blasting outside the roadway and improve the stability of the roadway.Key words:reserved roadway mining method;blasting disturbance;roadway stability;three鄄dimensional discrete element analysis作者简
6、介 刘晓(1983),男,工程师,从事矿山测量工作。引用格式 刘晓.爆破动荷载对充填体内预留巷道的稳定性研究J.中国矿山工程,2023,52(4):24-29.1摇 前言随着矿产资源的开发不断推进,浅部资源逐渐枯竭,深部开采已经成为矿山的主战场1-2。巷道担负着矿井运输、通风、行人等任务,其稳定性对矿井安全生产起到至关重要的作用3-4。随着矿井深部延伸,巷道受采动、矿山压力增大等影响开始变形或遭到破坏。爆破开挖是矿山生产的必要工序之一,其危害主要包括爆破振动、爆炸应力冲击及飞石等,诱导采场围岩及巷道失稳,降低矿山生产的安全稳定性。一般主要进行巷道支护的静力学分析,但实际上,采空区围岩和巷道在承
7、受静压的同时,还受到来自开采爆破的动力扰动5-7。姜明伟等8利用FLAC3D 软件分析了动力扰动对顶板稳定性和断裂规律的影响,得到不同扰动强度下顶板破坏规律。唐礼忠等9利用 Abaqus 软件对爆破作用下巷道围岩的力学响应进行了数值分析,探讨了软弱夹层对巷道围岩稳定性的影响,提出了支护优化方案。朱万成等10采用数值分析方法,模拟了不同侧压条件下深部巷道失稳的动力触发过程,探索了动力扰动触发巷 道 岩 爆 的 力 学 机 制。邓 红 卫 等11采 用Midas/GTS 与 FLAC3D 数值模拟技术,研究了不同扰动幅值下充填体的破坏规律及动力响应规律,发现动力扰动对充填体的振动特性有显著影响。研
8、究动力扰动作用下巷道的失稳破坏过程及其振动特性,可以为矿山安全高效生产提供技术支持,但动力扰动作用下巷道的动态响应、失稳机制及其稳定性与时间相关的分析研究较少。本文利用 3DEC 离散元软件对爆破动载荷作用下充填体内预留巷道的动态响应规律进行数值模拟分析,揭示动力扰动下巷道周围的变形特征以及应力场分布特征,为理论分析提供依据,提高矿山生产的安全性保障能力。42摇第 4 期刘摇 晓:爆破动荷载对充填体内预留巷道的稳定性研究2摇 矿区简介山东金洲矿业集团有限公司金青顶矿区位于山东省乳山市下初镇境内,坐落在黄垒河南岸南东庄南部的金青顶上,行政区划隶属乳山市下初镇管辖。矿区地理坐标:东经 121毅38
9、忆00义 121毅41忆15义,北纬37毅04忆00义 37毅07忆30义。矿区南距乳山市约 25 km,距威海至桃村铁路下初站 15 km,北距烟台港75 km,均有公路相接,交通方便,交通位置如图 1所示。图 1摇 交通位置图摇图 2摇 BBM 模型及块体之间的接触金青顶矿区地貌属低缓丘陵区,地面标高55郾 7 133郾 80 m,最高海拔133郾 8 m,地势较缓,地形坡度 0毅 15毅,沟谷发育,植被广布。地表水主要为黄垒河,发源于昆嵛山南麓,自北向南从矿区西2 km 处流过,向南注入黄海,当地历史最高洪水水位为 43郾 8 mm。成矿带内地层简单,构造及岩浆活动强烈,成矿地质条件优越
10、。区内成矿前北北东、北东向断裂最为发育,成矿期北北东向断裂继续活动,成矿后以北西向断裂为主。主要控矿构造为北北东向断裂,纵贯全区,区域上有 5 条规模较大的断裂。这些断裂对金矿的形成和分布起控制作用。随着矿山开采深度的不断增加,矿体内外环境发生一系列变化,矿山压力逐渐增加,矿体赋存条件变得更加复杂,严重影响了采场的稳定性。3摇 数值模拟方案本文采用钢丝绳+钢丝网的形式进行充填体预留巷道,预留巷道的尺寸为 3 m 伊3 m 的三心拱,数值模拟采用的充填体高 60 m,宽 40 m。使用数值分析软件 3DEC 对爆破动荷载下充填体内预留巷道的稳定性进行模拟,3DEC 软件是在二维软件 UDEC基础
11、上发展而来,内置几种常用的材料模型以及 12种分析模式,可以对接触面的非连续力学行为进行模拟,除可模拟连续介质外,在处理非连续介质在外力作用下静、动态响应等问题上相对有限元软件有本质优势。在 3DEC 软件中可以将实体离散为黏结块体(Bonded Block Model,BBM)模型,具体如图 2所示,其中,图 2a 为一柱状 BBM 模型,2b 为其剖面示意图。摇 摇 采用灰砂比 1颐 8的充填体材料进行空区的充52中国矿山工程摇 2023 年(第 52 卷)填,充填体及钢筋的力学参数见表 1,其中 1颐 8充填体接触面的内摩擦角为 36郾 94,黏聚力为 0郾 171,法向刚度和切向刚度均
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