采场爆破对邻近巷道振动效应的数值模拟研究

ＩＳＳＮ　１６７１—２９ｏｏ　ＣＮ　４３一ｌ３４７／ＴＤ　采矿技术第１１卷第１期　

Ｍｉｎｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏ１．１　１，Ｎｏ．１　２０１１年１月　

Ｊａｎ．２Ｏｌ１　

采场爆破ｘ，－１邻近巷道振动效应的数值模拟研究　罗传兴Ｉ１　（１．广西大学资源与冶金学院，　广西南宁５３０００４；２．广西华锡集团铜坑矿，　广西河池市５４７２０５）　摘要：某矿山为扩大生产能力，在采区需设计盘区内运输巷道，考虑矿山生产爆破的作　用，需要确定采场与邻近盘区内运输巷道的安全距离。运用Ａｎｓｙｓ／Ｌｓ—Ｄｙｎａ分析软件，　采用动力有限元数值分析方法，分析了采场最大爆破对邻近巷道的爆破振动效应。结果　显示，在巷道不同部位受爆破振动作用的响应不同，在巷道壁向爆源一侧及巷道顶部作用　明显，爆破振动速度值最大，容易发生爆破损伤破坏。以质点振动速度峰值为控制指标，　邻近巷道距采场的最小安全距离为１０～１２　ｍ，有利于邻近巷道的生产安全。　关键词：爆破振动；动力学分析；质点振动速度；安全距离；数值模拟　

爆破作为地下金属矿山开挖的主要生产方式，　其爆破振动不可避免会对地下建构筑物，如充填体、　支护以及已有巷道等造成负面影响　“　。关于爆破　振动效应对既有硐室的影响，国内外的学者已做了　一些研究工作　。但是，这些研究工作并没有涉　及邻近采场的临时巷道开挖时的爆破安全距离等实　际问题，对实际工程的指导尚存在一定的缺陷。根　据某矿山生产的实际情况，运用Ａｎｓｙｓ／Ｌｓ—Ｄｙｎａ分　析软件，采用动力有限元数值分析方法，研究了生产　爆破对邻近巷道的振动效应，在此基础上，以质点爆　破振动速度为控制指标，得到了待建巷道距采场的　安全距离，确定了待建巷道的布置位置。　

ｌ　工程概况　广西某地下矿山，为了扩大生产能力，需要在采　区内修建一条新的盘区内运输巷道。该巷道与该盘　区内的一正在回采的采场相邻，且沿采场走向方向　平行布置。矿岩中等稳固，采场的生产爆破采用多　段微差爆破，单响最大药量为６０　，由于该巷道的　设计服务年限需满足本采区的作业时间要求，服务　年限较长，因此必须考虑邻近采场生产爆破的影响，　减少生产爆破对该运输巷道的影响。　

２数值计算模型　２．１模型构建　本次计算分析的模型主要考虑到盘区内采场运　输巷道，整个模型为矿体范围内单一岩体结构。运　用最危险的条件进行分析，即只分析最近爆破的作　用效果（见图１），根据上述工程概况，对数值模型做　如下假设：　测点１　测点８　测点７　２　、＼＼．测点。　道Ｊ测点４　Ｉ●　Ｉ测点５　Ｌ　区域　图１巷遭与采场平面位置　（１）为建模的方便，在不影响模拟结果的条件　下，简化原扇形装药为药包集中装药；　（２）安全距离　分别取６，８，１０，１２　ｍ；　（３）计算时间取５００　Ｉｘｓ。　其中　为６　ｍ时的数值模型见图２。　图２　Ｌ＝６　ｍ时的数值计算模型　２．２边界条件　７２　采矿技术　边界范围取５倍计算区域的范围，边界为无反　射的边界，巷道开挖后为空气状态。　２．３材料模型及状态方程　矿体采用弹塑性模型，该模型使用弹性和塑性　２种斜率来表示材料应力应变行为。矿体的实测力　学参数见表１。炸药模型采用高能炸药材料模型，　爆炸后任意时刻爆源内的压力用ＪＷＬ状态方程表　示。炸药参数和ＪＷＬ状态方程参数见表２。　

表１矿体的物理力学参数　

ｆ　ｋｇ　ｒｎｐ３１　１　０　Ｍ

量Ｐａ　屈　

（・　）　（　）　…“…‘　（ＭＰａ）　４４１０　１．６２　０．２２　４０　

表２炸药和状态方程参数　（　１）（　）（Ａｋｇ　ｍ　ｍ　ＧＰａ）（Ｇ　Ｐａ）Ｒ－Ｒ　ｍ（Ｇ　Ｐａ）・　）（・ｓ　）（）（　一　…（）　

１０００　４５０ｏ　１７８．８５　０．３３１　４．７５　１．０５　０．１８　２．２５　

３　计算结果及分析　对爆破振动影响下的矿山巷道进行稳定性分　

析，主要从矿山爆破应力响应和质点爆破振动速度　着手进行分析。爆破应力响应主要分析爆破作用能　否到达作用巷道，以及巷道的应力响应程度。根据　我国《爆破安全规程》规定，在矿山巷道容许的质点　振动峰值（ＰＰＶ）为１５～３０　ｃｍ／ｓ，考虑矿山巷道的特　点和已有研究成果，取容许值为２５—３０　ｃｍ／ｓ，并将　其作为数值模拟结果分析的依据。　３．１应力波响应分析　采场生产爆破起爆后，炸药释放的能量以应力　波的模式从爆源向外球形传播，图３为Ｌ＝６　ｍ时模　型的Ｖｏｎ　Ｍｉｓｅｓ应力云图。从图３可知，初始阶段的　高应力主要作用在爆源周边，在１２０　ｓ时，爆炸应　力波传到紧邻爆源一侧的巷道壁，在２２０　ｓ时，应　力波已对整个巷道发生了作用，其后，巷道周围的爆　炸应力随爆破能量的损耗，在采区矿体内呈逐渐减　小的趋势。这说明在矿山采场爆破的整个过程中，　邻近矿山采场的该运输巷道一直处于爆破应力波的　作用范围内，对该运输巷道的产生了爆破损伤破坏　效应。　

图３爆炸应力云图与时间响应效果　３．２质点振动峰值的分析　为确定该运输巷道与采场间的合理安全距离，　以爆破振动速度峰值为判据，在巷道周围布置如图　１所示的８个测点，分别测出各测点在Ｌ＝６，８，１０，　１２　ｍ时的质点振动峰值，各点的最大质点振动速度　峰值见图４。由图４可知，爆破质点的振动峰值随　距离￡的增大而减小。巷道不同部位对爆破动载荷　的响应存在显著的差别，邻近爆源一侧的测点３、４、　５的质点振动峰值远大于背爆源一侧的测点１、７、８，　这主要是由于巷道内空气对爆破振动的损耗，有利　于背爆源一侧巷道壁的保护，而可能发生破坏的部　位是在迎向爆源一侧的巷道壁。同时，测点３的值　一般要大于测点５的值，说明巷道上部比下部更容　易发生破坏。在巷道受爆破振动损伤破坏时，主要　的破坏形式可能是巷道顶部的冒落和侧帮的片帮。　为了确定安全距离￡的值，在图３中作出了质　点振动峰值为３０　ｃｍ／ｓ的直线，从图３可知，当Ｌ＝６　

ｍ和８　ｎｌ时，其ＰＰＶ曲线均有部分在此直线的上　方，此时巷道周边的质点振动峰值大于３０　ｃｍ／ｓ；当　Ｌ＝１０　ｍ和１２　ｍ时，其ＰＰＶ曲线全在直线的下方，　此时巷道周边的质点振动峰值均小于３０　ｃｍ／ｓ，说　明　取１０—１２　ｍ是合适的，能在采场生产爆破正常　进行的同时保证巷道的安全。　

．　／＼　一６ｍＩＩ，ｊ＇￣ｅＰＶ［　．　州一　

；　

图４测点最大振动速度峰值曲线　罗传兴：　采场爆破对邻近巷道振动效应的数值模拟研究　７３　４　结　论　（１）基于动力有限元Ａｎｓｙｓ／ＬＳ—ＤＹＮＡｍｉｃ软　件的数值分析方法，实现了爆破动载荷对邻近巷道　的影响的模拟，解决了矿山邻近采场巷道的爆破动　力学的时空响应问题；　（２）以质点振动速度峰值为安全判据，研究了　巷道不同部位对爆破振动速度响应的效果，认为邻　近爆源一侧的巷道顶板比背爆源一侧和巷道底部更　容易发生破坏，在采场生产爆破中要加强巷道的安　全管理和防护；　（３）通过对采场与巷道间的不同安全距离对比　分析发现，以矿山巷道ＰＰＶ值为２５～３０　ｃｍ／ｓ为判　据，确定邻近巷道距采场的最小安全距离为１０～ｌ２　ｍ为　。　

参考文献：　［１］ＧＢ６７２２—２００３．爆破安全规程［Ｓ］．　［２］张雪亮，黄树棠．爆破地震效应［Ｍ］．北京：地震出版社，１９８１．　［３］易长平，卢文波，张建华．爆破振动作用下的地下硐室临界振　速的研究［Ｊ］．爆破，２００５，２２（４）：４—７．　［４］张世雄，胡建华，杨生权，等．地下工程爆破振动监测与分析　［Ｊ］．爆破，２００１，１８（２）：４９—５２．　［５］许红涛，卢文波．几种爆破震动安全判据［Ｊ］．爆破，２００２，１９　（１）：８—１０．　［６］胡建华，雷涛，周科平，等．充填采矿环境下爆破振动效应预　测与控制［Ｊ］．爆破，２００９，２６（４）：８１—８４．　［７］汪茂华，成涌．铜绿山高分段中深孔充填采矿方法的爆破工　艺技术［Ｊ］．采矿技术，２０１０，１０（２）：８１—８３．　［８］刘海生．矾山磷矿中深孔爆破的实践［Ｊ］．采矿技术，２００８，８　（５）：８５—８６．　

（收稿日期：２０１０—０８—１３）　作者简介：罗传兴（１９６９一），男，广西南丹人，在职硕士生。　高级工程师，主要从事矿山安全与采矿技术研究。　

…¨一一一一　一一～＿一　一。～一一　一。一一一一一。一一¨一一　一一　（上接第４８页）　常规解体方法，１个班最多能解体２台液压支架，　１１７台支架的解体周期是２０　ｄ；而采用液压支架自　动拔销器施工后，一个班至少可以解体５台液压支　架，８　ｄ不到就圆满地完成了任务。如果按照每个　班节约２个人工、丁集煤矿井下辅助工人１个工班　２００元人民币计算，仅人工成本１项，液压支架自动　拔销器就为丁集煤矿节省约１７２８００元，如果再加上　安全效益与提前保障采煤工作面出煤的效益，则液　压支架自动拔销器的作用更不可小视。　４　结　语　液压支架在现代综合机械化采煤过程中是重要　的支护设备，其选型的合理与否直接关系到矿井能　否实现高产高效生产。由于地质条件的复杂多变，　使得液压支架呈现出多样化、大流量化发展趋势，其　选型涉及到煤矿地质、机械制造等诸多学科，应根据　煤矿实际条件适当选用。　对于井工开采的煤矿，当受到井筒直径与运输　设备的限制，液压支架需要解体才能入井时，可以广　泛采用本液压支架自动拔销器。该自动拔销器成功　运用到丁集煤矿ＺＺ８８００液压支架的解体过程中，　降低了施工强度、提高了劳动效率，效果显著。　参考文献：　［１］苗耀华．液压支架四连杆机构计算机辅助设计［Ｊ］．煤炭科学　技术，２００７，（６）：５１—５４．　［２］崔梅生，宗敏．液压支架初撑力保证系统［Ｊ］．煤矿现代化，　２００３，（１）：１５—１７．　［３］陆震．高等机械原理［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，　２ｏｏ１．　［４］王国法．液压支架技术［Ｍ］．北京：煤炭工业出版社，１９９９．　［５］《综采技术手册》编委会．综采技术手册［Ｍ］．北京：煤炭工业　出版社，２０００．　［６］　国家安全生产监督管理局，国家煤矿安全监察局．煤矿安全规　程［ｓ］．　（收稿日期：２０１０—１０—２４）　作者简介：干云洪（１９８３一），男，四川会东人，助理工程师，　从事煤矿机电技术管理工作，Ｅｍａｉｌ：ｇｇＯ８３４＠ｓｉｎａ．ｏｏｍ。　

五矿资源收购ＭＭＧ资产获澳方批准　目前，中国五矿集团公司在港上市公司五矿资源发布公告称，其拟以１８．４６亿美元收购五矿有色全资子公司ＭＭＧ　的方案，获澳大利亚当局批准。不过，澳方为这一许可设置了条件：保持矿山的运营；通过设在澳大利亚本地的公司运营　和管理煤矿；通过澳大利亚本地团队销售开发的资源；遵守当地相关法律法规；以及尽量雇佣当地土著员工并尊重土著　社区等。　据了解，ＭＭＧ是世界第二大锌矿生产企业和锌、铜、铅、金及银的主要生产商，目前经营４个矿山，包括位于老挝的　Ｓｅｐｏｎ铜及金矿业务：位于澳大利亚昆士兰省的Ｃｅｎｔｕｒｙ，为世界最大锌矿之一，并同时生产铅及银；位于西澳大利亚的　Ｇｏｌｄｅｎ　Ｇｒｏｖｅ，为锌、铜、铅及贵金属矿；位于澳大利亚塔斯曼尼亚的Ｒｏｓｅｂｅｒｙ，为锌、铅、铜及贵金属矿。（中国金属网）