围岩爆破振动特性及采空区动静响应的研究
Study on Blasting Vibration Characteristics of Surrounding Rock and Dynamic and Static Response of Goaf
福建某金矿由于其矿体赋存条件的特性以及采矿方法的选择,导致矿区内形成采空区,同时采空区内部分区域还承担出矿巷道的功能.邻近采场的爆破生产作业,对采空区内矿柱、顶板造成了一定程度的损伤,采空区与采场邻近侧,部分区域已经出现小规模裂缝和顶板小范围冒落.本文通过矿山地质调查获得矿区结构参数,采用RMT-150c岩石压力机测定岩石抗拉抗压强度、GY-90钻孔弹模仪测定矿区弹性模量、DASP2006数据采集系统测定岩体纵波速度初步获得区域岩体力学参数,采用Blast mate-III型爆破测振仪监测采空区内的爆破振动信号,利用MATLAB软件对振动信号进行处理分析.结合试验与监测结果,通过理论分析、线性回归以及FLAC3D数值模拟综合分析采空区稳定性,提出采空区稳定性安全判据.获得如下研究成果:(1)对矿山岩体取样后,进行室内单轴压缩、巴西劈裂试验,得到岩石单轴抗压强度68.08MPa,单轴抗拉强度7.35MPa,基于Hoek-Brown准则对岩石力学参数进行工程折减;对现场岩体进行原位弹性模量测试、岩体纵波速度测试;初步完成对区域岩体力学参数的测定.(2)通过监测+575m采空区内爆破振动数据,得到质点振速、持续时间等参数,通过萨道夫斯基公式对实测数据进行非线性回归,采空区内各向衰减规律有一定差异,衰减系数最大值1.68,最小值1.58.采用HHT方法对监测信号进行分解分析,发现空区内振动信号主振频率多处于50Hz左右的低频区域,与空区内岩体自身频率较为接近,易引起共振,信号能量极值也多分布于此频段内;根据对爆破振动波形的观察,能量出现多个峰值,说明微差起爆效果不明显,应予以改进,信号瞬时能量一般在0.5s位置达到最大值,利用MATLAB软件将瞬时能量对时间积分得到总输入能量TIE,作为爆破安全判据.(3)爆破动荷载作用下的采空区稳定性数值计算,以+575m采空区为原型,建立采空区三维模型,将实测爆破波形作为动载输入至采空区邻近作业区,模拟静态开挖与爆破荷载输入,计算得到两种状态下的应力场、位移场、塑性区分布与地表沉降.结果显示,爆破荷载的输入对采空区的应力、位移与塑性区分布都有一定的影响;拉应力主要集中在顶板边缘,矿柱中部与拐点位置受压应力影响明显;荷载的输入加速了矿房的剪胀扩张,水平位移增量明显增加,垂直位移变化最大值处于近震源侧,地表沉降量有所增加;顶板拉伸塑性区有所增加,矿柱表面塑性区明显增加.在数值上爆破荷载对采空区造成一定影响,应对分析结果所显示的危险区域进行监测和支护.
- 作者：
- 王俊程
- 学位授予单位：
- 江西理工大学
- 专业名称：
- 采矿工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2018年
- 导师姓名：
- 付玉华
- 中图分类号：
- TD854.2
- 关键词：
- 采空区；稳定性；爆破振动；衰减系数；频率；总输入能
- Goaf; stability; blasting vibration; attenuation coefficient; frequency; TIE;