露天开采爆破振动对邻近台阶边坡稳定性影响

摘要

露天矿山企业为提高生产效率和经济效益，普遍采用大孔径的深孔台阶爆破技术开采矿石，同时由于开采规模的不断扩大，爆破振动对邻近台阶边坡稳定性的影响已严重威胁到露天矿山生产的安全。本文以惠州市宝山石灰石矿露天台阶爆破开采工程为对象，通过现场监测、理论计算和数值模拟对露天爆破荷载对邻近边坡的影响进行研究，主要研究内容与成果如下：
　　（1）爆破振动现场监测与分析。根据现场实际情况，对与工作台阶上下相邻的四个台阶布置了6个测点，进行了3次不同药量的爆破振动监测试验，结果表明爆破荷载对上一台阶的影响最大，其次为上二个台阶，对下部台阶影响相对较小。用回归分析法拟合了边坡质点振动速度和主频计算公式，为减少爆破振动对边坡稳定性的不利影响，建议一次爆破炸药量控制在4000~6000kg，单段最大起爆量控制在600~800kg。
　　（2）爆破振动对邻近台阶边坡稳定性影响的数值模拟与分析。利用 ANSYS/LS-DYNA对爆破工作面的邻近台阶的爆破振动速度和爆炸压力进行了数值模拟与分析，模拟结果表明爆破振动速度和爆炸压力在上下邻近台阶出现不同步变化的趋势，上台阶的爆破振动速度大于下台阶的爆破振动速度，与现场震动监测试验结果吻合较好。上台阶所受的应力波的作用时间较下台阶长，应力波的主要能量集中耗散在上台阶。对不同类型炸药和不同微差时间的爆破进行模拟，随着炸药威力减小和微差时间延长，振动速度和爆炸压力都出现减小，当微差时间大于150ms之后，由于应力波叠加效应的减弱，将弱化爆破破岩效果。
　　（3）露天矿台阶边坡动力稳定性研究。应用强度系数折减法对宝山石矿在静力作用下的边坡稳定性进行了模拟分析，安全系数为2.30。然后，分别计算了爆破荷载作用下的边坡岩石损伤变量和安全系数，最小边坡安全系数为1.79，边坡是稳定的。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 爆破荷载扰动下的边坡稳定性研究现状

1.3 研究内容

1.4 研究技术路线

第二章 露天矿开采爆破振动现场监测试验

2.1 工程概况

2.2 爆破方案设计

2.3 爆破振动监测试验

2.3 试验结果及分析

2.4 爆破振动速度变化特征

2.5 爆破振动频率变化特征

2.6 本章小结

第三章 爆破振动对邻近台阶边坡稳定性影响的数值分析

3.1 概述

3.2 LS-DYNA简介

3.3 求解设置

3.4 模拟结果及分析

3.5 本章小结

第四章 露天矿台阶边坡动力稳定性

4.1 静力作用下的边坡稳定性分析

4.2 爆破动力作用下边坡稳定性分析

4.3 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 研究结论

5.2 研究展望

参考文献

作者攻读学位期间的科研成果与参与项目

致谢