南芬露天矿平硐爆破极限护顶厚度的研究

论文摘要

平硐溜井运输是具有中国特色的高陡山坡露天矿开拓方法,具有高可靠性、低成本的优点。1999年初,南芬露天铁矿最底开采水平已达346m,按设计的要求,应报废290平硐溜井运输系统并启用矿石运输新系统。如果290平硐能够继续使用,每年将节约2300多万元的运输成本,但面临的问题是在持续高强度爆破载荷作用下,安全性能否得到保证。因此,该课题的研究具有重要学术价值和实用价值。现有的理论与方法还不能准确计算出爆破对构筑物的损坏程度,无法直接解答该课题。论文首先运用爆破破岩机理,采用2D-σ数值模拟软件对平硐在不同开采水平的爆破载荷作用下的稳定性进行了研究；其次利用爆破地震波相关理论和现场爆破震动监测结果,对平硐的允许峰值质点振动速度进行了研究；第三利用开发研制的爆破设计软件,对减小爆破震动的逐孔爆破技术进行了研究,取得的主要成果如下：（1）创造性地提出了极限护顶厚度的概念,综合数值模拟和现场爆破震动监测的结果,确定出在保持一定爆破规模的前提下,290平硐的极限护顶厚度可减小到24m。（2）使平硐延长了两个台阶的采矿年限,突破了原设计规范,丰富了高陡山坡露天矿平硐溜井开拓方法的内涵。（3）减少同段孔数,并使同段孔在空间分散布置是减小爆破地震波效应的关键,实现逐孔起爆可以达到此目的。自主研发的露天爆破设计软件,实现了逐孔起爆设计。（4）根据现场爆破震动监测数据,采用二元回归方法,得出了压碴爆破和清碴爆破环境下的爆破震动速度经验公式。清碴爆破与压碴爆破相比,具有明显的降震效果,降震率随距离的增加而显著增加。（5）346-334m和334-322m台阶的爆破时,不会造成290平硐大面积失稳,但会引起局部岩块冒落,岩块冒落产生的冲击气流不会对平硐内的设施造成危害。（6）综合考虑岩体稳定性、解理裂隙发育程度和支护方式等条件,提出了平硐的极限允许振动速度建议值,介于30-60cm/s之间,在平硐的同一断面上,不同位置的允许振动速度是不一样的。（7）爆破实践效果表明,290平硐的延期使用,取得了巨大经济效益,实际节约运输成本9417.6万元。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 研究的背景
• 1.2.1 研究的背景
• 1.2.2 研究的目的与意义
• 1.3 研究现状
• 1.3.1 爆破震动波研究现状
• 1.3.2 巷道震动稳定性研究现状
• 1.3.3 爆破软件的研究现状
• 1.4 论文研究的主要内容和方法
• 第二章 爆破地震波及其振损机理研究
• 2.1 概述
• 2.2 爆破地震波的分类
• 2.2.1 体波
• 2.2.2 面波
• 2.3 波的折射与反射
• 2.4 爆破地震波的传播速度
• 2.5 爆破地震波的特征
• 2.5.1 振幅与振动速度
• 2.5.2 振动频率
• 2.5.3 振动持续时间
• 2.6 爆破震动破坏判据
• 2.6.1 单一峰值质点振速安全判据
• 2.6.2 结合振动主频的质点振速峰值安全判据
• 2.6.3 动态抗拉应力安全判据
• 2.7 爆破地震波的特点
• 2.7.1 爆破地震波是一种随机波-重复性差与可预见性差
• 2.7.2 爆破地震波的能量特点-频谱的丰富性与集中性
• 2.7.3 爆破地震波的危害特点-隐蔽性和难估量性
• 2.7.4 爆破地震波的传播特点-可变性与多样性
• 2.8 爆破地震波的累积效应
• 2.8.1 岩土介质体本身的爆破震动累积效应
• 2.8.2 地下工程结构爆破震动累积效应
• 2.8.3 爆破地震累积作用机理
• 2.8.4 爆破地震累积效应的评估方法
• 2.9 爆破地震波理论研究的局限性
• 本章小结
• 第三章 爆破载荷作用下平硐数值模拟分析
• 3.1 岩石在爆破载荷作用下的振损机理
• 3.1.1 压碎圈的形成
• 3.1.2 裂隙圈的形成
• 3.1.3 爆炸载荷作用下岩石的破坏准则
• 3.1.4 应力波的外部破坏作用
• 3.1.5 爆破地震波的破坏作用
• 3.2 物理模型与模拟方案的确定
• 3.3 计算模型
• 3.4 计算过程
• 3.5 计算结果与分析
• 3.5.1 应力分析
• 3.5.2 位移分析
• 3.5.3 破坏区与破坏接近度
• 3.6 平硐极限护顶厚度的确定
• 本章小结
• 第四章 爆破参数的确定与逐孔起爆的实现
• 4.1 爆破参数对爆破震动幅值的影响及其确定
• 4.2 逐孔起爆技术及实现方法
• 4.3 爆破设计软件
• 4.3.1 软件功能
• 4.3.2 软件算法与功能实现
• 4.4 爆破设计软件的开发方法
• 4.5 数据升迁
• 4.6 软件模块功能详述
• 4.6.1 设计管理模块
• 4.6.2 添加模块
• 4.6.3 删除模块
• 4.6.4 修改模块
• 4.6.5 计算模块
• 4.6.6 窗口模块
• 4.6.7 设定模块
• 4.7 爆破设计软件的实际应用
• 本章小结
• 第五章 290平硐的爆破震动实测研究
• 5.1 334M水平爆破安全距离的分析与确定
• 5.1.1 安全距离的分析
• 5.1.2 安全距离的计算
• 5.1.3 爆破震动实测与分析
• 5.2 290平硐对334M水平爆破的地震响应实测研究
• 5.2.1 问题的提出
• 5.2.2 方案确定及测试仪器
• 5.2.3 测试方法
• 5.2.4 测试结果
• 5.2.5 结果分析
• 5.3 322M水平试验爆区
• 5.3.1 试验爆区的确定
• 5.3.2 试验爆区的概况
• 5.3.4 试验爆区爆破设计
• 5.3.5 爆破震动测试结果
• #试验爆区方案的调整'>5.3.6 结果分析与5^#试验爆区方案的调整
• 5.4 岩块冒落的原因分析
• 5.5 岩块冒落的危害性分析
• 5.6 峰值质点振动速度
• 5.7 清碴爆破与压碴爆破的比较
• 本章小结
• 第六章 爆破实践效果
• 6.1 爆破实践
• 6.2 290平硐的报废方案
• 6.2.1 跨硐爆破方案
• 6.2.2 方案比较
• 6.2.3 跨硐爆破前的准备工作
• 6.2.4 跨硐爆破方案
• 6.2.5 方案实施效果
• 6.3 实际经济效益
• 6.4 潜在的经济效益
• 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 攻读博士学位期间发表的论文及科研成果