【摘要】：在高階段深孔充填采礦法二步驟回采過程中,采場頻繁爆破作業(yè)產(chǎn)生的動(dòng)載荷,不可避免地在圍巖及充填體產(chǎn)生累積損傷和振動(dòng)等動(dòng)態(tài)效應(yīng),甚至誘發(fā)其失穩(wěn)破壞。因此,開展二步回采爆作用下圍巖及充填體的爆破損傷特性及安全閾值,具有重要的理論意義和工程價(jià)值。論文依托福州大學(xué)橫向項(xiàng)目“紫金山金銅礦采場回采爆破控制技術(shù)研究”(01051602),針對紫金山深部二步回采爆破過程中面臨的各種問題,綜合運(yùn)用理論分析、數(shù)值模擬、模型實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場工業(yè)實(shí)驗(yàn)等多種手段開展研究。主要內(nèi)容如下:(1)修正了球狀藥包爆炸應(yīng)力場公式,分析了入射波、反射波和折射波的位移幅值與入射角的轉(zhuǎn)換關(guān)系;采用Starfield迭加法推導(dǎo)了巖石/充填體界面處的拉應(yīng)力計(jì)算公式。(2)基于薩道夫斯基公式、爆破振動(dòng)速度高程放大效應(yīng)、爆炸應(yīng)力波反射與迭加效應(yīng)三種不同途徑,理論推導(dǎo)了爆破巖體內(nèi)部應(yīng)力場與表面振動(dòng)速度的轉(zhuǎn)換關(guān)系,數(shù)值模擬及模型實(shí)驗(yàn)的結(jié)果均表明,基于爆炸應(yīng)力波反射與迭加效應(yīng)的轉(zhuǎn)換關(guān)系明顯優(yōu)于基于薩道夫斯基公式的轉(zhuǎn)換關(guān)系和基于爆破振動(dòng)速度高程放大效應(yīng)的轉(zhuǎn)換關(guān)系。(3)給出了巖石的斷裂損傷判據(jù),據(jù)此可判斷在前述理論計(jì)算所得應(yīng)力狀態(tài)下,巖石及充填體是否產(chǎn)生損傷。定義了巖石的初始損傷變量、相對損傷變量及基于巖體聲速變化的損傷變量。此外,指出爆破動(dòng)荷載導(dǎo)致巖體宏觀失效的過程并不是單次爆破作業(yè)造成的,而是多次爆破共同作用的結(jié)果;巖石的損傷增量具有延續(xù)相對性,基于此,對經(jīng)典的爆破損傷增量及累積損傷計(jì)算公式進(jìn)行修正。(4)以紫金山深部銅礦高階段充填采礦法二步回采為工程背景,基于爆炸相似理論,設(shè)計(jì)并制作了2個(gè)同尺寸的多介質(zhì)耦合混凝土模型,采用導(dǎo)爆管雷管進(jìn)行爆破。爆破過程中,分別運(yùn)用Blast-Ultra高速多路動(dòng)態(tài)應(yīng)變測試系統(tǒng)、PDS-SW聲波測試儀和Blast-UM型爆破測振儀對不同介質(zhì)中的爆炸應(yīng)力場、爆破前后介質(zhì)的聲波變化及模型頂面的振動(dòng)速度進(jìn)行監(jiān)測,分析監(jiān)測數(shù)據(jù)并對理論分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證和分析。(5)基于爆破損傷和動(dòng)態(tài)應(yīng)力比,相應(yīng)提出了兩種爆破振動(dòng)安全閾值的確定方法,據(jù)此確定紫金山深部銅礦1:8充填體和1:10充填體的爆破振動(dòng)安全閾值分別為5.17cm/s和5.28cm/s;短期、中期和長期使用巷道圍巖的爆破振動(dòng)安全閾值分別為18.63cm/s,1 2.42cm/s和6.21cm/s,并給出了相應(yīng)的爆破振動(dòng)安全控制措施。(6)鑒于空氣間隔裝藥爆破能有效減弱爆破振動(dòng)效應(yīng),針對90mm、110mm、160mm三種直徑的炮孔進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn),得到空氣間隔器隨炮孔直徑和裝填高度變化的受力規(guī)律,同時(shí),將直接壓強(qiáng)與裝填過程的沖擊壓強(qiáng)進(jìn)行對比。在此基礎(chǔ)上,優(yōu)化設(shè)計(jì)出一種科學(xué)合理的炮孔空氣間隔器,其在紫金山金銅礦深部采場爆破工業(yè)試驗(yàn)中應(yīng)用效果良好。
【圖文】：

需進(jìn)行以下假設(shè)：①異質(zhì)界面較為規(guī)整；②充填體與礦巖粘結(jié)緊密？，③礦巖與充填體均為逡逑各向同性彈性體；④單孔各裝藥段同時(shí)起爆［７］。逡逑球狀藥包在巖體中爆炸，只激起縱波。如圖２－１所示，以球狀藥包中心為原點(diǎn)建立球逡逑坐標(biāo)系，文獻(xiàn)［８７］［８８］認(rèn)為第ｆ?zhèn)�球狀藥包爆炸在球坐標(biāo)系（ｒ，０，的點(diǎn)處的入射縱波Ｐ各應(yīng)力分量逡逑為：逡逑２（１＋小邋卜丫”逡逑°－ｒ，＝邐Ｆ邋－Ｏ－ｒｎａｘ＇—逡逑ＩＹ邐＾邋＼邐（邐＾邋（邋ｒ邋＼邐ｉ邋（＾２＇８）逡逑（＾＋＾＋２４ｅｘｐ（＇＾）＇（＾＋＿＾＋２４ｅｘｐ＾＾逡逑２（１邋＋邋／／）邐（ｒＹ逡逑？ｒ邐．ｇ？畫－—逡逑Ｅ邐［ｒ邋Ｊ逡逑「邐（式邋２－９）逡逑２Ａ邋＋邋２Ｇ邋＋邋－邋＋邋＾－邋－ｅｘｐｒ－＾ｌｌ－邋２Ｘ邋＋邋２Ｇ邋＋邋－邋＋邋＾－邋－ｅｘｐ（－＾ｚ－）逡逑人邐ｒ邋ｃＰｉ邋Ｊ邋＼邋ｓ２Ｊ邋ｙ邐ｒ邋２Ｃｐｌ邋Ｊ邐＿逡逑式中，0■？＿、＜ｒｅ，＋邋（0？＿）分別為第／＿個(gè)球藥包在該點(diǎn)的徑向與環(huán)向應(yīng)力分量；Ａ、Ｇ為Ｌａｍ６常逡逑數(shù)；五分別為巖石彈性模量；Ｗａｘ為孔壁沖擊壓力峰值為衰減系數(shù)；為圓頻率，逡逑必＝邋７ｉＣｐｌ／（３／0，邋Ｃｗ為礦巖縱波波速；ｔ為以波峰

筑充填體沿結(jié)合面的整體剪切破壞一般不會發(fā)生。另外考慮到充填體的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于抗逡逑壓強(qiáng)度，因此，在爆破載荷作用下，防止充填體在結(jié)合面的拉斷破壞成為爆破控制的關(guān)鍵。逡逑如圖２－２所示，將入射波和反射波的拉應(yīng)力在空間直角坐標(biāo)系中進(jìn)行正交分解，，并將各等逡逑效單元球藥包產(chǎn)生的爆炸應(yīng)力值進(jìn)行迭加，可得：逡逑ａｒｉ邋ｓｉｎ＾？（／ｌｃｏｓ６＞邋＋邋＾？ｓｉｎ＾）邋＋邋ｃｒｒ．邋ｓｉｎ＾（／ｌｓｉｎ＾＞邋＋邋／？ｃｏｓ＾＞）逡逑義方向：＜ｙ＆ｘ邋＝邋２＾邐ｒ邋．逡逑，＝，邐ｉ邋＋Ｗ：ｉ２逡逑ｌ邋ｒ＞邋Ｊ逡逑＜ｔ邋ｃｏｓ＾（／ｌｓｉｎ邋＋邋／？ｃｏｓ＾＞）邋＋邋ｃｒｒｉ邋ｓｉｎ＾？（Ａｓｉｎ６＞邋＋邋／？ｃｏｓ＾）逡逑Ｆ方向：0＾＝么邐．，邐邐Ｘｇ邐逡逑＾邐－＝＇邐｜邋批２邋＋Ｗｊ邋＋ＩＶＺＩ２邋ｊ邐（式邋２－３３）逡逑ｌ邋Ｊ逡逑＾邋ｃｒｎ．邋ｓｉｎ＾（／ｌｃｏｓ＾邋＋邋／？ｓｉｎ＾）邋＋邋ｃｒｎ邋ｃｏｓ６，（Ａｃｏｓ＾＞邋＋ｉ？ｓｉｎ＾？）逡逑Ｚ方向：°＾＝上邐／邋，邋，邐．邋—ｒｙ逡逑，＝丨邐柯邋＋邋ＷＪ邋＋邋Ｗ，逡逑．邐Ｉ邋ｒ＞邋Ｊ逡逑式中
【學(xué)位授予單位】：福州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TD853.34;TD235

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本文編號：2634591