爆破作用對地下金屬礦山圍巖穩定性的影響

■字定文

（騰沖縣金嶺爆破工程有限公司 云南騰沖 679100）

爆破作用對地下金屬礦山圍巖穩定性的影響

■字定文

（騰沖縣金嶺爆破工程有限公司 云南騰沖 679100）

本文利用光纖光柵傳感器對云南金屬礦山的礦體爆炸作用下的圍巖穩定性進行檢測，對爆破作用下的圍巖穩定性，結合該礦區的開采狀況進行數值模擬計算，一次來對爆破作用對地下金屬礦山圍巖穩定性的影響進行研究分析。

爆破作用金屬礦山圍巖穩定性

在礦山采礦過程中，工程爆破的應用較為廣泛，由于其具有作用時間短，功率和效率都很高的優勢，在金屬礦山中也應用較多。可是在爆破過程中產生的爆破地震效應，這種現象的產生是由于地震波在巖石中介中傳播，使得爆炸源附近的圍巖產生顛簸和晃動。而這種效應會對圍巖造成不同程度的損傷，使得圍巖石產生裂縫，如果巖石產生一定的位移，就會有礦山局部冒頂以及松石片落的事故發生。所以為了保證地下圍巖穩定性，對地下采礦爆源產生的圍巖應變進行檢測，并對控制地下工程圍巖與結構因為爆破產生的災害進行研究，以及對爆破波作用下的圍巖穩定性進行分析是具有重要意義的。

1 研究對象

此文的研究工程是以云南金屬礦礦體地質條件為背景進行研究的。平面區間527-548線之間，連續分布有V2-2礦體，礦體主要存在于黃鐵絹英巖化花崗質碎裂巖中，還存在于黃鐵絹英巖中，以細脈狀為主要的礦化特點，于主裂面下6-57米，礦體走向長度為453米，傾向和傾角均為43°左右，3305-3580米的控制標高，42°-49°走向，沒有明顯的分支復合現象。其礦體巖石物理學參數如表：

該礦體平均真厚度和平均水平厚度分別為9.30米和13.14米，厚度變化系數為127%，在穩定層9米厚度，向東北方向側伏約49°，屬于不穩定-很不穩定型礦體。

2 研究方法

2.1 光纖光柵傳感器

本文對該金礦礦體的開挖現場利用光纖光柵傳感實驗，對其爆破作用下的動態進行監測，并采集礦山圍巖穩定性的應變數據和爆破波譜，以便進行深入的研究和分析。其光纖傳感器的布置如圖：

光纖傳感器布置好之后，就能對其監測范圍之內的巖石進行檢測，光纖傳感器的波長會隨著監測到的巖石的裂隙應變而發生改變，并以此來記錄巖石的應變大小，對其進行應變情況的監測。管線傳感器選擇的頻率，為了要符合爆破的高頻信號特點，滿足巖石裂隙發展的速度，所以要選擇每秒記錄500個數據的頻率的檢測儀器。在爆破現場的監測中，為了使數據清晰易于分析能清楚表示各個傳感器的波長變化值，要選取微應變為y坐標來代替實際監測到的波長值，而這些應變數據就是在爆破過程中，光纖傳感器對動態數據的監測值，傳感器在爆破過程中的振動時程記錄如圖：

其檢測到約十個微應變的應變范圍，記錄的額時間大約是1.745秒，爆破振動大約持續了0.381秒，一共874個數據。

2.2 數值模擬爆破

在該金礦V2-2礦體16中斷-3407米的水平采切工作面運用數值模擬爆破進行研究。施工回采進路間距是9米，2.4米×2.5米的斷面尺寸，采用長方體三維模型，其模型的長寬高分別為51米、16米、51米，水平采切工作面沿走向長449米，其平均水平厚度是9米，長方體三維模型的高度是其標高-3384米—-3434米，以沿礦體走向為其寬度方向、垂直礦體的走向作為長度方向，矩形斷面運用于與采切巷道相連的平巷，要求子啊巷道附近加密網絡線，該斷面尺寸是2.6米×2.6米。對該金礦用23千克的藥量進行爆破，硐室爆破的主頻大約41赫茲，持續時間是0.33秒，峰值速度是25厘米每秒。模擬分析值的的采集利用如圖的爆破地震波：

對數值模擬爆破地震波的波速和頻率可以分別運用如下的公式進行計算：

為了對巖石爆破地震波在模型中傳播精確，將動力分析命令以及莫爾-庫倫模型運用到計算過程中，為了對巖石自然頻率進行精確的估計，要采用質量阻尼、瑞麗剛度進行計算。然后在巷道y=5米的斷面設置五個監測點，并將其布置在巷道的拱頂偏低、頂部以及兩幫的位置，這是為了對平巷穩定性在爆破振動下的影響。

2.3 平巷、采準巷道圍巖穩定性影響分析

（1）對平巷圍巖穩定性影響的分析的結果是，爆破對近區平巷結構的穩定性較大，斷面處的應力值變化達120%，平巷的主應力值產生波動，而且在爆破作用下安全系數有約7%的變化，改變了平巷的受力伏態。在平巷中，距離爆破處距離近的影響比距離遠的影響要大，但是其衰減速度則相反，在距離爆破處遠的斷面爆破作用要比近距離的衰減得慢，然后形成彈性振動，影響不到巷道結構穩定性；

（2）對采準巷道圍巖穩定性影響的分析結果是，在爆破作用下巷道本身的影響是最大的，相比平巷的主應力值，該應力值的波動范圍高達141%，安全系數的降低23%，所以對采準巷道圍巖穩定性的影響要進行重點考慮，并對其安全系數進行重點監測；相鄰的回采巷道應力也受爆破作用的影響，自距離爆破處9米的巷道應力值變化約11%，安全系數約4%，而在距離爆破處18米處的巷道應力值變化約2%，安全系數也大約2%，同樣也是在爆破近距離出的巷道影響大衰減快，遠距離處的影響小衰減慢，對圍巖的穩定性幾乎沒有影響。根據爆破安全規則，巷道內壁子啊爆破作用下發生的振動速度小，由于距離爆破處的距離遠，所以小于四十厘米每秒的無支護巷道臨界振動速度，無需考慮巷道穩定性影響因素。

3 總結

綜上所述，利用光纖傳感器對地下金屬礦山圍巖穩定性進行監測，采用數值模擬爆破對爆破振動波的應力值進行監測，可以通過數據監測記錄，能對巷道圍巖穩定性在爆破作用下的影響進行精準的反饋。通過研究分析，爆破作用下的采準巷道與平巷交接處由于出現了塑性區，所以圍巖穩定性受到爆破前以及爆破后的采準巷道圍巖的開挖的較大影響，而對采準巷道的圍巖穩定性的影響，由于爆破自傳播過程中減弱，有相鄰巷道來分擔爆破振動，而使其振動轉換為彈性振動，所以對相鄰巷道的圍巖穩定性沒有影響。

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P613[文獻碼]B

1000-405X（2015）-10-104-2