发布时间：2021-09-23所属分类：免费文献浏览：1次
摘 要： 矿业研究与开发
《基于爆破振动的极限边孔排距的确定方法研究》论文发表期刊：《矿业研究与开发》；发表周期：2021年06期
《基于爆破振动的极限边孔排距的确定方法研究》论文作者信息：郭晓强（1986—），男，湖北黄冈人，硕士，工程师，主要从事矿山压力、岩石力学方面的研究。
摘要：在金属矿山，当采用两步骤嗣后充填采矿方法回采矿体时，二步骤矿柱的回采会面临两侧为充填体的工况，导致矿石贫化率和损失率难以得到有效控制。为了应对阿舍勒铜矿二步骤采场面临的贫化损失问题，基于爆破振动波传播规律，设计了现场爆破振动效应试验，采用微震传感器对采场爆破振动波进行了有效采集，分析与研究了矿、充填体中的振动波衰减规律，结合爆轰压理论，计算了采场爆破不影响两侧充填体稳定性的极限边孔排距，并选取试验采场进行了工业试验。优化边孔排距的二步骤试验采场顺利回采后，经三维激光扫描，未见采场两侧有矿石挂壁或充填体大面积垮落现象，采场贫化率5.94%、损失率3.99%，应用效果显著。
关键词：两步骤嗣后充填采矿法;边孔排距;贫化率;损失率;爆破振动
我国有色金属矿山开采领域，对于厚大急倾斜矿体主要采用阶段空场嗣后充填采矿法，该工艺产能大、效率高、安全性好，但主要缺点是贫化损失率相对较大[1]。由于阶段内采场主要分为两步骤回采，先采矿房，胶结充填后再采矿柱，二步骤矿柱开采将面临两侧为充填体的工况，导致贫化损失率难以得到有效控制。因此，在二步骤矿柱开采过程中，减小爆破对采场两侧充填体的损伤、防止回采过程中出现充填体失稳破坏与大面积垮塌，从而减少出矿过程中的充填体混入，进而降低贫化率和损失率，对应的应用技术研究显得尤为重要。
为了应对以上技术问题，业内众多技术人员采用了多种方法和手段对其进行了研究。周传波、邱胜光、何斌全等[1]主要基于现场爆破漏斗试验，分别研究了各矿山实际岩体质量下的大直径深孔采场爆破参数，并进行了工业应用，取得了很好的实践效果。刘优平等[5)、曹胜祥等[)采用数值模拟方法对大直径深孔超采欠爆、边界控制不佳问题进行了深入研究，确定了一定条件下的孔网参数和边界爆破控制方法，为采场爆破优化设计提供了理论依据。蒋复量[)综合实验室试验、爆破漏斗试验、粗糙集与神经网络理论、数值模拟等方法，对采场深孔爆破参数优化理论进行了深入研究，确定了较为全面的爆破孔网参数系统理论与方法。
上述研究从不同角度、采用不同方法和理论对优化大直径深孔爆破参数、降低贫化损失方面提出了多种技术方案，取得了一定应用效果，但在二步骤矿柱回采、特别是边孔排距方面没有进行针对性、深入的研究。因此，本论文在以上研究基础上，以阿舍勒铜矿为研究对象，基于爆破振动波传播规律，通过现场爆破振动效应试验，分析研究矿、充填体中的振动波衰减规律，结合爆轰压理论，计算采场爆破不影响两侧充填体稳定性条件下的极限边孔排距，并选取试验采场进行工业试验与效果检验。总结基于爆破振动的极限边孔排距的确定方法，为同类型矿山提高爆破质量、降低贫化损失提供参考和依据。
1现场概况
阿舍勒铜矿为紫金矿业权属控股矿山，位于新疆哈巴河县，采用主、副井及斜坡道联合开拓，2004年投产，产能为2×10"t/a，主采的1"矿体急倾斜、厚大，二期工程400m~0m中段全部采用大直径深孔空场嗣后充填法采矿，典型采矿方案如图1所示。
截至2019年1月，二期工程0m，150m、300m中段一步骤矿房基本回采结束，并已完成胶结充填，二步骤矿柱已逐渐成为主要出矿采场。但是二步骤矿柱回采过程中，挂帮矿、充填体混入现象较为普遍，导致损失贫化明显高于设计指标(贫化率八12%、损失率<10%)，其中主要原因为二步骤矿柱爆破设计中边孔排距缺乏理论依据，因此，亟需对其确定方法进行研究。
2爆破振动波传播规律
矿山爆破开采过程中，炸药能量以脉冲的形式向围岩空间传播，能量脉冲被称为应力波，应力波在传播过程中伴随着围岩介质的挤压与起伏(因此也称为振动波)，到一定程度会导致围岩介质的破裂甚至失稳[11-12]，从而起到崩落矿石的目的。
因此，在应对二步骤矿柱回采面临的超采、欠爆导致的贫化损失问题，核心在于控制采场爆破对矿、充填体产生的振动效应。当爆破设计的边孔排距合理时，采场爆破在崩落矿石的同时又不对两侧的充填体造成损坏。因此，需要对采场爆破振动在矿、充填体中的传播规律进行分析研究。
根据已有研究[11-14]，假设围岩为各向同性连续介质，则振动波的应力扰动程度为：
应力波是以球形波方式在围岩介质中向外几何扩散，其应力扰动程度与质点峰值位移振幅的平方成正比，而振动波质点的位移振幅与扩散半径li成反比，随着应力波向外传播距离的增加而不断衰减[13-14]。
因此，振动波传播规律研究往往以指数衰减形式进行近似描述，根据已有振动波能量衰减理论的研究及以上相关关系分析，爆破振动波对围岩介质的应力扰动σd可简化为[13-14]：
如果在实际爆破设计中，已知矿、充填体中应力波的衰减特性，就可以结合爆轰压理论，对边孔排距的确定提供计算依据。
3现场爆破振动效应试验
为了实现以上目标，设计现场爆破振动效应试验：在0m中段北1#试验采场的矿体、侧边采场的胶结充填体中分别埋设微震传感器，然后在不同位置进行采场爆破，准确测量各传感器、爆破点位置，并提取传感器采集到的爆破振动波，结合传播规律，分别计算矿体、充填体的振动波衰减指数。
3.1试验方案与记录
试验方案如下：
(1)从0m北1#采场顶部凿岩硐室打下向斜孔，孔径为75mm，预埋微震传感器并用混凝土浇筑，记录预埋深度并测量孔口坐标、倾向、倾角;
(2)将预埋的微震传感器接入采集仪，并进行对应通道的参数设置，调试至最佳状态;
(3)从0m北1#采场拉底巷道中打上向垂直孔并装药，记录装药深度并测量孔口坐标;
(4)进行试验爆破，通过微震传感器采集爆破振动数据。
传感器布置位置示意见图2。
传感器安装信息见表1，爆破试验炮孔信息见表2。
试验经过与记录如下：
(1)以上准备工作完成后，依次对爆破试验孔进行起爆，同时对触发的传感器振动波数据进行提取、分析，爆破试验孔起爆信息见表3;
(2)试验中发现，传感器S3未能触发，另外4号测试孔起爆效果较差(可能由于未能有效堵孔)，导致未能有效触发目标传感器，其他3个爆破试验孔起爆效果好，目标传感器均得到有效触发;
(3)3次有效爆破试验，微震传感器采集的典型振动波如图3所示。
根据以上爆破试验记录的振动波信息，提取对应数据记录，统计发震时间段内振幅峰值，见表4.
3.2数据处理
根据爆破振动波传播规律，振动波对围岩介质的应力扰动正比于振动波的质点振幅[10-11，13-15]。目标监测点处振动波质点振幅Ai为：
结合现场爆破振动效应试验，假设第i次(i=1，2，3，4)爆破试验，震源处的振幅峰值为Ai0，第j(j=1，2)传感器接收到的振动波振幅峰值为Aij;假设振动波在矿体中的衰减指数为η1、在充填体中的衰减指数为η2;关于振动波传播路径，第i次爆破试验产生的振动波传播至第j传感器，假设矿体
极限边孔排距计算与应用
4.1极限边孔排距计算
根据已有研究[16-18]，岩体工程中的爆破，形成的应力扰动即爆轰压与炸药性能密切相关;耦合装药条件下，各物理量为：
4.2应用效果检验
选择进行工业试验的二步骤矿柱为0m北1#采场，采用大直径深孔侧向崩矿方案，顶部凿岩，设计布置4排下向大直径深孔，中间排距3.0m～3.1m，边孔排距1.5m;中间排孔间距3.5m，边排孔孔间距2.6m。
2019年3月13日开始中孔爆破，4月13日开始大孔爆破，至6月21日爆破结束;采用CMS三维激光扫描仪探测采空区扫描结果如图4所示，其中金色为超采(贫化)、欠采(损失)部分。
试验采场回采技术指标统计结果见表7。
试验采场贫化损失率明显得到改善，可见应用效果显著。
5结论
(1)经阿舍勒铜矿现场爆破振动效应试验，对微震传感器采集的波形数据进行分析与研究，得出矿体振动波衰减指数为η1=1.362、胶结充填体振动波衰减指数为η2=3.179。
(2)结合现场实际条件，计算得出二步骤矿柱回采爆破不影响两侧充填体稳定性的极限边孔排距为1.5m。
(3)通过现场工业试验，试验采场技术指标明显改善，贫化率5.94%、损失率3.99%。
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Abstract: In metal mines, when the two-step mining with subsequent filling method is used to mine the ore body, the two-step pillar stoping will face the working condition of filling body on both sides, which makes it difficult to effectively control the ore dilution rate and loss rate. In order to deal with the problem of ore dilution and loss in the two-step stope of Ashele copper mine, based on the propagation law of blasting vibration wave, the field blasting vibration effect test was designed. The micro seismic sensor was used to collect the blasting vibration wave effectively, and the attenuation law of vibration wave in the mining body and filling body was analyzed and studied. Combined with the detonation pressure theory, the limit distance of boundary borehole under the condition that the stope blasting does not affect the stability of the filling body on both sides was calculated. Then, the test stope was selected for industrial test. After successful mining, the two-step test stope with optimized distance of boundary borehole, through three-dimensional laser scanning, there was no ore hanging wall or large-area collapse of filling body on both sides of the stope, and the dilution rate and loss rate of the stope were 5.94% and 3.99%, respectively, with a good application effect.
Key words : Two-step mining with subsequent filling method, Distance of boundary borehole. Ore dilution rate, Ore loss rate, Blasting vibration
SCISSCIAHCI
