基于PFC~(3D)数值模拟的金山店铁矿东区合理覆盖层厚度研究

覆盖层在无底柱分段崩落采矿法开采中起着重要作用,既要为挤压爆破和端部放矿创造必要条件,还需保证崩落法生产的安全性,选择合适的覆盖层厚度对矿山开采具有重要意义。首先,根据金山店铁矿东区采场结构参数,利用椭球体放矿理论计算出合理覆盖层厚度为20 m,并以覆盖层充当缓冲层时覆盖层厚度计算公式验证了该厚度能满足安全要求;其次,利用PFC~(3D)数值模拟软件进行三轴压缩试验找到与金山店铁矿东区岩体力学强度参数相匹配的矿岩颗粒微观参数;最后,根据矿岩微观参数建立放矿数值分析模型,通过选取的不同覆盖层厚度进行模拟放矿,依据放矿后矿石的回收率和贫化率大小来分析覆盖层厚度对开采指标的影响,认为20 m厚度覆盖层条件下的矿石回收率和贫化率达到最优值。理论计算和数值分析表明,金山店铁矿东区崩落法开采时覆盖层厚度取20 m,可取得较好的技术经济效果并保证采场安全。     

爆破动载下围岩裂纹扩展规律研究

针对爆破动载下围岩损伤破坏问题,基于Griffith能量释放理论,建立了爆破动载下围岩裂纹扩展计算模型,并根据金山店铁矿岩体和中深孔爆破参数进行了计算和分析,结果表明:装药量不变时,在爆心距150m范围内,单次爆破裂纹扩展长度随爆心距的增加而快速降低,裂纹扩展长度变化明显;爆心距不变时,随着装药量的增加,单次爆破岩体裂纹扩展长度基本呈线性增加。利用RFPA软件对不同爆破参数下的围岩裂纹扩展进行数值模拟,并对理论计算和数值计算结果进行对比分析发现,二者相对误差约为8.7%,故该计算模型能够反映爆破相关因素对围岩裂纹扩展的影响,可为巷道围岩的稳定性及地下工程的安全性评价提供一定的理论依据。     

爆炸动载与预紧力静载下全长锚固玻璃钢锚杆受力特征研究

针对爆破动载下全长锚固玻璃钢锚杆力学响应特征及破坏问题,建立动-静载联合作用下全长锚固玻璃钢锚杆受力分析模型,分析爆破动载下玻璃钢锚杆轴向应力和剪切应力分布特征,研究最大单段起爆炸药量、爆心距、岩体弹性模量对玻璃钢锚杆力学响应特征的影响。结果表明:在爆破动载作用下,全长锚固玻璃钢锚杆轴向应力和剪切应力均集中出现在锚杆尾部锚固段与自由段交界面附近较小范围内,且最大单段起爆药量对锚杆受力影响显著;锚杆轴向应力和剪切应力随着爆心距的增加快速降低,在爆心距10～15 m范围内锚杆受爆破动载影响最大,易发生尾部杆体断裂破坏;随着岩体弹性模量增大,锚杆轴向应力逐渐降低,但剪切应力先逐渐升高后再缓慢降低。研究结果与现有实验室相似试验结论及现场试验现象相吻合,可以为爆破动载下全长锚固玻璃钢锚杆的支护设计及爆破控制提供依据。     

爆破动载下岩石裂纹扩展影响因素的正交试验

针对爆破动载下巷道岩石裂纹扩展及岩体稳定性影响问题,以金山店铁矿岩石条件和爆破动载影响为依据,基于正交试验原理,选取初始裂纹各几何要素(裂纹长度、裂纹倾角、裂纹数量)、爆破动载和岩石力学参数为主控因素,设计18个不同的数值计算方案,并利用RFPA软件进行动力加载数值计算。通过不同方案下岩石裂纹扩展长度和声发射次数正交方差分析发现:各因素对裂纹扩展的影响不同,其中爆破动载大小对岩石裂纹扩展影响最大,其次是裂纹倾角、裂纹长度,最后是裂纹数量。此外,岩石力学参数对裂纹扩展也有一定影响,其中抗压强度对岩石裂纹扩展影响最大,而弹性模量及其它因素则影响较小。研究结果可以为采矿工程爆破控制及岩体稳定性评估提供一定理论依据。