深井高应力环境下束状组合孔拉槽爆破优化研究

doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2024.02.160

黄金科学技术 ›› 2024, Vol. 32 ›› Issue (2): 318-329.doi: 10.11872/j.issn.1005-2518.2024.02.160

深井高应力环境下束状组合孔拉槽爆破优化研究

邱泓杰¹(),邱贤阳¹(),张舒¹,陈辉²,史秀志¹,沈文博¹,陶铁军³,段武全⁴

^1.中南大学资源与安全工程学院，湖南长沙 410083
^2.新疆大学地质与矿业工程学院，新疆乌鲁木齐 830047
^3.贵州大学矿业学院，贵州贵阳 550025
^4.中铁贵州工程有限公司，贵州贵阳 551700

收稿日期:2023-11-29 修回日期:2024-03-06 出版日期:2024-04-30 发布日期:2024-05-21
通讯作者: 邱贤阳 E-mail:215511042@csu.edu.cn;qiuxianyang_csu@163.com
作者简介:邱泓杰（1996-），男，云南楚雄人，硕士研究生，从事充填体稳定性和爆破振动控制等研究工作。215511042@csu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金项目“爆破荷载下含分层结构面充填体损伤演化与分部揭露渐变失稳机制”(52374152);中南大学研究生自主探索类创新项目“爆破动载下胶结充填体损伤失稳规律与控制降振技术研究”(1053320221641)

Optimization of Bunch Holes Cutting Blasting in Deep Mine Under High Stress Environment

Hongjie QIU¹(),Xianyang QIU¹(),Shu ZHANG¹,Hui CHEN²,Xiuzhi SHI¹,Wenbo SHEN¹,Tiejun TAO³,Wuquan DUAN⁴

^1.School of Resources and Safety Engineering, Central South University, Changsha 410083, Hunan, China
^2.School of Geological and Mining Engineering, Xinjiang University, Urumqi 830047, Xinjiang, China
^3.Mining College of Guizhou University, Guiyang 550025, Guizhou, China
^4.China Railway Guizhou Engineering Co. , Ltd. , Guiyang 551700, Guizhou, China

Received:2023-11-29 Revised:2024-03-06 Online:2024-04-30 Published:2024-05-21
Contact: Xianyang QIU E-mail:215511042@csu.edu.cn;qiuxianyang_csu@163.com

摘要/Abstract

摘要：

为探究深井高应力环境下，采场束状组合孔拉槽爆破损伤破裂规律，采用LS-DYNA数值分析软件进行研究。通过建立平面数值模型，分析了无静应力、单向静应力和双向等值静应力3种条件下束状组合孔爆破破裂损伤情况。此外，对不同静应力条件下束状组合孔的孔间距和外围辅助空孔的布置方式进行优化，并进行工程试验验证。研究结果表明：相比无静应力条件，单向静应力和双向等值静应力条件下束状组合孔爆破损伤裂纹扩展受到抑制，静应力越大，抑制作用越显著。工程实践表明，根据静应力的大小调整束状组合孔孔间距和外围辅助孔布置方式，能够获得良好的拉槽爆破破岩效果。

关键词: 爆破, 束状组合孔, 高应力, 孔间距, 损伤, LS-DYNA软件, 深井

Abstract:

The bunch holes，which consist of multiple dense and parallel holes and detonated simultaneously，are widely used in mines because of its high rock-breaking efficiency.With the worldwide depletion of resources in the shallow part of the earth，many mines are transitioning to the deep mining stage，and the influence of the complex high stress environment on the effect of blasting on rock breaking in the deep mining process needs to be further studied.In order to explore the law of blasting damage and fracture of bunch holes cutting blasting in deep mining under high stress stope environment，LS-DYNA finite element numerical analysis software was used to study.Combined with the mine blasting engineering practice，the planar numerical model with the same size as the actual working conditions was established，which contained four charge holes and one auxiliary empty hole.The rupture damage process of the bunch holes under no static stress was analyzed.On this basis，in the case of one-way static stress and two-way equivalent static stress，when the static stress is 20 MPa and 40 MPa respectively，the blasting fracture damage of the bunch holes cutting blasting was analyzed，and the number of failures units of the numerical model under different static stress states was compared. In addition，the hole spacing and the arrangement of peripheral auxiliary holes were optimized under different static stress conditions，and engineering experiments were carried out to verify the reliability of the optimization results by counting the chunk rate of different schemes.The results show that compared with the no static stress condition，the expansion of the bunch holes blasting damage cracks will be suppressed under the unidirectional static stress and bidirectional equivalent static stress conditions.With the increase of static stress，the number of model failure units decreases gradually，and the inhibition of crack extension is more significant.When the static stress reaches 40 MPa，no penetration crack can be formed between the four bunch holes and the center empty hole.In particular，in the bidirectional equivalent static stress state，the inter-hole crack penetration mode of the bunch holes changes from a square penetration to a circular penetration.Practice shows that according to the size of the static stress to adjust the bunch holes spacing and peripheral auxiliary holes arranged way can reduce the rate of large pieces of slot blasting，so as to obtain a good slot blasting rock-breaking effect.

Key words: blasting, bunch holes, high stress, hole spacing, damage, LS-DYNA software, deep well

中图分类号:

TD853

邱泓杰, 邱贤阳, 张舒, 陈辉, 史秀志, 沈文博, 陶铁军, 段武全. 深井高应力环境下束状组合孔拉槽爆破优化研究[J]. 黄金科学技术, 2024, 32(2): 318-329.

Hongjie QIU, Xianyang QIU, Shu ZHANG, Hui CHEN, Xiuzhi SHI, Wenbo SHEN, Tiejun TAO, Wuquan DUAN. Optimization of Bunch Holes Cutting Blasting in Deep Mine Under High Stress Environment[J]. Gold Science and Technology, 2024, 32(2): 318-329.

图/表 17

图1

图2

图3

表1

RHT 岩石模型参数"

参数	取值	参数	取值
物质密度ρ₀/（kg/m3）	2 660	雨贡纽系数A₂/GPa	37.84
孔隙压缩时压力P_el/MPa	125	雨贡纽系数A₃/GPa	21.29
孔隙压实时压力P_comp/GPa	6	状态方程参数B₀	1.22
孔隙度指数N	3.0	状态方程参数B₁	1.22
初始孔隙度α₀	0	状态方程参数T₁/GPa	25.7
雨贡纽系数A₁/GPa	25.7	状态方程参数T₂	0
单轴抗压强度f_c/MPa	167.8	参考拉伸应变率 $ε o t$	3e-6
抗拉强度比 $f t *$	0.04	失效压缩应变率 $ε c$	3e25
剪压强度比 $f s *$	0.21	失效拉伸应变率 $ε t$	3e25
剪切模量G/GPa	21.9	压缩屈服面参数 $g c *$	0.53
失效面参数A	2.44	拉伸屈服面参数 $g t *$	0.7
失效面指数N	0.76	剪切模量缩减系数ξ	0.5
拉压子午比Q₀	0.68	初始损伤参数D₁	0.04
罗德角相关系数B	0.05	损伤参数D₂	1.0
压缩应变率指数β_c	0.026	最小失效应变ε_p^m	0.015
拉伸应变率指数β_t	0.007	残余应力强度参数A_f	0.25
参考压缩应变率 $ε o c$	3e-5	残余应力强度指数n_f	0.62
塑性流动拉伸压力 PTF	0.001	侵蚀塑性应变EPSF	2.0
塑性流动拉伸压力 PTF	0.001	GAMMA	0.0

表1

表2

图4

图5

图6

图7

图8

图9

图10

图11

表3

图12

图13

图14

参考文献 0

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参数	取值	参数	取值
ρ/（kg·m^-3）	1 320	R₁	5.81
D/（m·s^-1）	6 690	R₂	1.77
P_CJ /GPa	16	ω	0.282
A/GPa	586	E/GPa	7.38
B/GPa	21.6

岩性	地层	密度/（kg·m^-3）	杨氏模量/GPa	抗压强度/MPa	泊松比	抗拉强度/MPa	P波波速/（m·s^-1）	RQD/%	RMR
粉砂岩	侏罗系	2 730	42.5	86.4	0.25	8.5	5 401.47	67	51
泥质粉砂岩	志留系	2 760	43.0	67.4	0.24	3.7	5 715.95	43	55
石英闪长斑岩	岩浆岩	2 700	51.96	119.8	0.26	7.2	5 599.22	66	62

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