本文選題：露天轉(zhuǎn)地下開采　切入點(diǎn)：巖質(zhì)邊坡　出處：《中國地質(zhì)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：隨著我國深凹露天礦的不斷開采,露天邊坡不斷加高、加陡,其穩(wěn)定性不斷降低,而且淺部資源逐步枯竭,采礦成本不斷攀升,越來越多礦山必將在高陡邊坡條件下轉(zhuǎn)入地下開采。爆破是我國礦山開采、巖體開挖等采礦生產(chǎn)與工程建設(shè)的必要手段,在帶來巨大效益同時,爆破動載誘發(fā)的滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象屢見不鮮。與單一露天開采邊坡相比,露天轉(zhuǎn)地下開采環(huán)境下的邊坡,經(jīng)歷了露天開采和地下開采的兩種擾動,其穩(wěn)定性更為劣化,而且露天轉(zhuǎn)地下開采,特別是崩落法地下開采,具有爆源空間位置集中、爆破規(guī)模大兩大特點(diǎn),會對邊坡的爆破動力穩(wěn)定性產(chǎn)生重要的影響。開展露天轉(zhuǎn)地下開采邊坡爆破振動傳播特性及安全判據(jù)研究,是研究露天轉(zhuǎn)地下開采邊坡爆破動力穩(wěn)定性的基礎(chǔ)性工作,同時也是工程地質(zhì)學(xué)、爆炸力學(xué)、巖石動力學(xué)等多學(xué)科交叉的前沿與熱點(diǎn)課題,具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價值。本文采用現(xiàn)場測試、數(shù)值模擬、理論分析相結(jié)合的綜合研究方法,對地下開采中深孔爆破荷載特征、不同開采深度影響下巖質(zhì)邊坡爆破振動傳播特性、不同開采深度影響下爆破振動速度預(yù)測模型、順層結(jié)構(gòu)面對邊坡爆破振動傳播特性的影響、豎直裂隙對邊坡爆破振動傳播特性的影響和缺陷邊坡的爆破振動安全判據(jù)等進(jìn)行研究分析,論文主要研究內(nèi)容和成果如下:(1)地下開采中深孔爆破動力荷載特征研究。依托大冶鐵礦東露天采場地下開采工程實(shí)際,采用LS-DYNA動力有限元軟件,建立了地下開采中深孔爆破的計(jì)算模型,分析了模型邊界上爆破荷載特征,提出了邊坡動力穩(wěn)定性分析的爆破荷載施加方式。結(jié)果表明:模型邊界位于裂隙區(qū)以外的彈性區(qū),其時程曲線可作為露天轉(zhuǎn)地下開采邊坡爆破振動速度分布特征的數(shù)值計(jì)算分析的輸入荷載,并基于課題組已取得的數(shù)值建模成果和現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù),對其可靠性進(jìn)行了檢驗(yàn)和驗(yàn)證。(2)不同開采深度影響下邊坡爆破振動傳播特性研究。依托大冶鐵礦無底柱崩落法分段高度為12m的工程背景,綜合考慮我國露天礦山的邊坡設(shè)計(jì)現(xiàn)狀,選定邊坡角為50o并建立了簡化的礦山邊坡數(shù)值模型,采用已驗(yàn)證的荷載施加方式,研究了不同采礦深度時(36m、48m、60m和72m),爆破振動在坡面上以及坡體內(nèi)的傳播規(guī)律。研究結(jié)果表明:(a)坡面爆破振動速度沿坡面的傳播規(guī)律以衰減為主,隨著采礦深度的增加,坡面爆破振動速度明顯減小;(b)在距離坡面一定距離范圍內(nèi),高程對邊坡爆破振動速度具有放大效應(yīng),表現(xiàn)出明顯的坡面效應(yīng),但不同采礦深度對應(yīng)的范圍并不一樣,整體來看,對于水平方向質(zhì)點(diǎn)振動速度,坡面效應(yīng)的范圍隨采礦深度的增加逐漸減小,對于豎直方向質(zhì)點(diǎn)振動速度,坡面效應(yīng)的范圍基本保持不變。(3)不同開采深度影響下爆破振動速度預(yù)測模型研究�；诹烤V分析原理,綜合考慮采礦深度和高程效應(yīng)的影響,對傳統(tǒng)薩道夫斯基公式進(jìn)行了改進(jìn);采用改進(jìn)的爆破振動速度預(yù)測模型對不同采礦深度下鄰近邊坡表面的爆破振動速度進(jìn)行預(yù)測分析,并與傳統(tǒng)薩道夫斯基公式的預(yù)測結(jié)果進(jìn)行對比分析,發(fā)現(xiàn)改進(jìn)的爆破振動速度預(yù)測模型的精度大大提高。(4)順層結(jié)構(gòu)面對邊坡爆破振動傳播特性的影響研究。在實(shí)際礦山邊坡工程中,邊坡巖體內(nèi)部通常存在各種各樣、尺度不一的結(jié)構(gòu)面,結(jié)構(gòu)面的存在往往會對爆破地震波的傳播特性產(chǎn)生重要的影響。論文首先以坡角為50o、結(jié)構(gòu)面傾角為30o的邊坡為例,研究了該結(jié)構(gòu)面對爆破振動在邊坡表面上以及邊坡巖體內(nèi)部傳播特性的影響進(jìn)行了計(jì)算分析,接著分別研究了結(jié)構(gòu)面的法向剛度、切向剛度以及結(jié)構(gòu)面傾角的影響。研究結(jié)果表明:(a)結(jié)構(gòu)面會對其附近的坡面爆破振動傳播規(guī)律產(chǎn)生明顯的影響,使質(zhì)點(diǎn)振動速度峰值衰減速率穿過結(jié)構(gòu)面之前明顯減小,穿過結(jié)構(gòu)面之后突然增大,但采礦深度對坡面爆破振動整體的傳播規(guī)律影響較小;(b)結(jié)構(gòu)面兩側(cè)質(zhì)點(diǎn)振動速度峰值沿結(jié)構(gòu)面方向的分布規(guī)律并不一致,而且采礦深度會對其產(chǎn)生重要的影響,對比結(jié)構(gòu)面兩側(cè)的質(zhì)點(diǎn)振動速度峰值,發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)面上側(cè)的質(zhì)點(diǎn)振動速度峰值整體大于結(jié)構(gòu)面下側(cè);(c)結(jié)構(gòu)面使得結(jié)構(gòu)面兩側(cè)的質(zhì)點(diǎn)振動速度峰值沿豎直方向的分布規(guī)律產(chǎn)生明顯的變化,與完整邊坡有明顯差別,而且采礦深度也會對其產(chǎn)生重要的影響;(d)結(jié)構(gòu)面法向剛度的增大在一定范圍內(nèi)能顯著提高爆破地震波的透射效應(yīng);(e)結(jié)構(gòu)面切向剛度的增大在一定范圍內(nèi)能顯著增大結(jié)構(gòu)面上方的水平方向質(zhì)點(diǎn)振動速度,但降低豎直方向質(zhì)點(diǎn)振動速度;(f)結(jié)構(gòu)面傾角對坡面上和坡體內(nèi)的爆破振動的影響不同,對于坡面監(jiān)測點(diǎn)S6,水平方向和豎直方向質(zhì)點(diǎn)振動速度峰值隨結(jié)構(gòu)面傾角增大先增大后減小,對于坡體內(nèi)監(jiān)測點(diǎn)D2,水平方向和豎直方向質(zhì)點(diǎn)振動速度峰值隨結(jié)構(gòu)面傾角增大而增大。(5)豎直裂隙對邊坡爆破振動傳播特性的影響研究。露天轉(zhuǎn)地下開采過程中,由于長期的地質(zhì)運(yùn)動、風(fēng)化作用以及人為的開挖等因素的存在,經(jīng)常會遇到坡面含豎直裂隙的情況,對爆破地震波的傳播特性產(chǎn)生重要的影響。論文首先以坡角為50o且含單條深度為20m的豎直裂隙的邊坡為例,研究了裂隙對爆破振動在邊坡表面上以及邊坡巖體內(nèi)部傳播特性的影響進(jìn)行了計(jì)算分析,接著研究了裂隙深度的影響。結(jié)果表明:(a)裂隙會對坡面爆破振動傳播規(guī)律產(chǎn)生重要的影響,在其左側(cè)一定范圍內(nèi),能顯著增大爆破振動速度,但其范圍隨采礦深度的增加而減小;(b)裂隙兩側(cè)的質(zhì)點(diǎn)振動速度峰值沿豎直方向的分布規(guī)律均存在明顯的坡面效應(yīng),但坡面效應(yīng)的范圍并不一致,整體來看,對于水平方向振動速度,坡面效應(yīng)影響的范圍隨采礦深度的增加逐漸減小,對于豎直方向振動速度,坡面效應(yīng)范圍隨采礦深度的增加有增大的趨勢;(c)質(zhì)點(diǎn)振動速度峰值穿過裂隙的衰減率隨高程的增加而增加,但隨采礦深度的增加而減小;(d)裂隙深度對坡面不同位置處的質(zhì)點(diǎn)振動速度峰值的影響是不一樣的。對于裂隙右側(cè)監(jiān)測點(diǎn),裂隙深度對整體質(zhì)點(diǎn)振動速度峰值沿坡面的分布規(guī)律影響較小,只是對其量值存在一定的影響;對于裂隙左側(cè)監(jiān)測點(diǎn),結(jié)構(gòu)面越深,對結(jié)構(gòu)面左側(cè)爆破振動沿坡面?zhèn)鞑ヒ?guī)律的影響范圍越大。(e)裂隙深度對質(zhì)點(diǎn)振動速度峰值沿豎直方向的分布規(guī)律存在較大的影響,特別是坡面效應(yīng)的范圍,對于水平方向振動速度,坡面效應(yīng)的范圍隨結(jié)構(gòu)面深度的增加逐漸減小,對于豎直方向振動速度,隨著結(jié)構(gòu)面深度的增加,坡面效應(yīng)的范圍隨結(jié)構(gòu)面深度的增加逐漸增大;(f)質(zhì)點(diǎn)振動速度峰值穿過裂隙的衰減率隨裂隙深度的增加而增加。(6)露天轉(zhuǎn)地下開采缺陷邊坡爆破振動安全判據(jù)研究。(a)針對含順層結(jié)構(gòu)面的邊坡,基于位移不連續(xù)方法的原理,推導(dǎo)了爆破地震波入射結(jié)構(gòu)面時透、反射系數(shù)的表達(dá)式,并基于安全系數(shù)確定了此類邊坡的爆破振動安全判據(jù)模型;以坡角為50o、結(jié)構(gòu)面傾角為30o的邊坡模型為例,計(jì)算了爆破地震波主頻為100Hz時的爆破振動安全判據(jù)為3.12cm/s。(b)針對含豎直裂隙的邊坡,基于斷裂動力學(xué)理論,推導(dǎo)了爆破地震波入射時裂隙尖端處應(yīng)力強(qiáng)度因子的表達(dá)式,基于斷裂韌度確定了此類邊坡的爆破振動安全判據(jù)模型;以坡角為50o、裂隙深度為20m的邊坡為例,計(jì)算了爆破地震波主頻為100Hz時的爆破振動安全判據(jù)為10.614cm/s。(c)隨著爆破地震波主頻的增加,上述兩類邊坡的爆破振動安全判據(jù)均增大,說明低頻的爆破地震波更容易引起缺陷邊坡的破壞,在實(shí)際工程中要盡可能避免低頻爆破地震波的出現(xiàn)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TD235.1;TD80

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本文編號：1675310