［摘 要］ 為安全、高效地回收大型貫通采空區(qū)殘留的厚大礦柱資源，應(yīng)用LS-DYNA軟件對(duì)炸藥單耗和排間延時(shí)進(jìn)行數(shù)值模擬并優(yōu)化。依據(jù)Von Mises屈服準(zhǔn)則，分析在不同炸藥單耗和排間延時(shí)條件下孔底單元的等效應(yīng)力、采空區(qū)底板單元的峰值等效應(yīng)力和峰值振速。使用優(yōu)化后的方案進(jìn)行爆破，對(duì)采空區(qū)圍巖進(jìn)行爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，分析采空區(qū)的穩(wěn)定性。采用Split-Desktop 4.0軟件對(duì)爆堆進(jìn)行塊度分析。結(jié)果顯示：峰值等效應(yīng)力和峰值振速均與炸藥單耗正相關(guān)；排間延時(shí)對(duì)等效應(yīng)力的影響不顯著；峰值振速隨排間延時(shí)的增大呈先降低、后小幅波動(dòng)的變化。當(dāng)炸藥單耗為1.32 kg/m3、排間延時(shí)為100 ms時(shí)，單元的等效應(yīng)力達(dá)到爆破破碎效果，且爆破振動(dòng)未對(duì)采空區(qū)的安全穩(wěn)定造成影響。將優(yōu)化后的炸藥單耗和排間延時(shí)應(yīng)用于礦柱回采爆破，采空區(qū)底板的實(shí)測(cè)峰值振速為14.39 cm/s，滿足礦山巷道安全標(biāo)準(zhǔn)，保證了采空區(qū)的安全穩(wěn)定；爆破大塊率由8.00%左右下降到4.28%，提升了爆破效果。

［關(guān)鍵詞］ 礦柱回采；采空區(qū)穩(wěn)定性；炸藥單耗；排間延時(shí)；爆破塊度

［分類號(hào)］ TD235

Optimization and Application of Blasting Parameters for Pillar Recovery Considering Goaf Stability

FEI Honglu， CHEN Kun， NIE Han， YUAN Liliang

Institute of Blasting Technology， Liaoning Technical University （Liaoning Fuxin， 123000）

［ＡＢＳＴＲＡＣＴ］ To safely and efficiently recover the thick and large ore pillar resources remaining in the large through goaf， LS-DYNA software was applied to numerically simulate and optimize unit consumption of explosive and inter-row delay. According to Von Mises yield criterion， equivalent stress of the ore rock， peak equivalent stress and peak vibration velocity of the goaf floor under different explosive consumption and inter row delay conditions were analyzed. The optimized plan was used for blasting， and blasting vibration monitoring was carried out on the surrounding rock of the goaf to analyze the stability of the goaf. Split-Desktop 4.0 software was used for block analysis of the exploded pile. The results show that both peak equivalent stress and peak vibration velocity are positively correlated with the unit consumption of explosives. The impact of inter-row delay on the equivalent effect stress is not significant. Peak vibration velocity decreases first and then fluctuates slightly with the increase of inter-row delay. When unit consumption of explosive is 1.32 kg/m3 and inter-row delay is 100 ms， the equivalent stress of unit can cause the blasting fragmentation， and the blasting vibration does not affect the safety and stability of the goaf. The optimized explosive consumption and inter-row delay were applied to the blasting of mining pillars. The measured peak vibration velocity of the surrounding rock in the goaf is 14.39 cm/s， which meets the safety standards of mining tunnels and ensures the safety and stability of the goaf. Blasting block rate has decreases from around 8.00% to 4.28%， bringing good blasting outcomes.

［KEYWORDS］ pillar recovery; goaf stability; unit consumption of explosive; inter-row delay; blast block size

0 引言

在地下金屬礦山礦柱回采爆破中，炸藥單耗和排間延時(shí)是影響扇形中深孔爆破效果的2個(gè)權(quán)重較大的影響因素［1-2］。在實(shí)際工程中，炸藥單耗和排間延時(shí)如果選取不佳，可能導(dǎo)致爆破大塊率高或過于粉碎難以回收、爆破振動(dòng)過大、采空區(qū)失穩(wěn)等情況。

Wang等［3］采用灰色相關(guān)分析法建立了控制因子變量和評(píng)價(jià)因子變量之間的灰度相關(guān)度矩陣，發(fā)現(xiàn)炸藥單耗對(duì)爆破效果的影響最為明顯。

排間延時(shí)也直接影響爆破振動(dòng)作用和礦巖破碎效果。Zeng等［4-6］為了控制地下爆破振動(dòng)、改善巖石破碎效果，針對(duì)延期時(shí)間進(jìn)行了數(shù)值模擬和相似模擬試驗(yàn)的研究，結(jié)果表明，優(yōu)化的延期時(shí)間能有效降低峰值振速及爆破大塊率。鄧紅衛(wèi)等［7-8］利用LS-DYNA軟件建立了交錯(cuò)扇形中深孔爆破模型，對(duì)微差間隔和孔距進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化的微差間隔和排間距可有效降低爆破大塊率。

Fu等［9］基于深部開采卸壓機(jī)理，建立了深部采空區(qū)失穩(wěn)分析模型，分析了采空區(qū)形成過程中圍巖的應(yīng)力路徑特征，解決了卸荷問題。Zhang等［10］基于扇形孔三維模型，采用SPH-FEM耦合方法，實(shí)現(xiàn)了礦柱的動(dòng)態(tài)仿真，優(yōu)化了起爆順序，進(jìn)一步完善了采空區(qū)處理與礦柱爆破的彼此協(xié)同技術(shù)。

綜上所述，現(xiàn)階段對(duì)于礦柱回采爆破的研究多是單一地考慮采空區(qū)穩(wěn)定性控制或高效回采礦柱參數(shù)優(yōu)化，有關(guān)扇形深孔爆破參數(shù)優(yōu)化對(duì)采空區(qū)穩(wěn)定性影響的研究很少。因此，需開展同時(shí)考慮采空區(qū)穩(wěn)定性治理和礦柱回采爆破參數(shù)優(yōu)化的工程研究。采用LS-DYNA軟件，分別對(duì)炸藥單耗和排間延時(shí)進(jìn)行數(shù)值模擬。優(yōu)化扇形深孔爆破參數(shù)，選取最優(yōu)炸藥單耗和排間延時(shí)，提高采空區(qū)的穩(wěn)定性，并與現(xiàn)場(chǎng)爆破監(jiān)測(cè)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)礦柱的高效回采。

1" 工程概況

白音諾爾鉛鋅礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市巴林左旗北部白音烏拉蘇境內(nèi)。

3-6#礦體采空區(qū)平均埋深202 m。800中段礦柱區(qū)高度50 m，存窿礦石137 057.2 t，存窿體積約40 311 m3；750中段間柱區(qū)高度50 m，間柱、頂板存窿礦石74 293.3 t，存窿體積約21 851 m3。其中，采空區(qū)分別位于800中段礦柱東、西兩側(cè)及750中段間柱西南側(cè)、東南側(cè)和北側(cè)。750頂板區(qū)、750間柱區(qū)和800礦柱區(qū)具體位置關(guān)系如圖1所示。

2 爆破方案與穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)

結(jié)合采空區(qū)與礦柱分布情況，可以對(duì)礦柱分次爆破或整體延時(shí)一次爆破。若采取先爆破800礦柱區(qū)向采空區(qū)頂板崩落的方案，不僅需要準(zhǔn)確確定采空區(qū)頂板薄弱區(qū)域位置與撓度限值，而且還要求較高的拉槽效果，爆破施工復(fù)雜、難度較大；其次，爆生氣體對(duì)巷道和采空區(qū)頂、底板的沖擊較大，爆破作用相互影響，將促進(jìn)已發(fā)育的裂隙、裂縫和坍塌區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大，影響后續(xù)礦柱爆破回采的安全性。

經(jīng)綜合分析對(duì)比，采用對(duì)750頂板區(qū)、750間柱區(qū)和800礦柱區(qū)設(shè)置合理延時(shí)后一次性整體爆破的方案，起爆順序依次為750頂板區(qū)、750間柱區(qū)、800礦柱區(qū)。

為使炸藥能量分布均勻，優(yōu)化破碎效果，炮孔布置采用扇形排列方式［11］。其中，800礦柱區(qū)炮孔布置于810、 820、 840水平；750間柱區(qū)布置于763、 776、 792水平；750頂板區(qū)布置于794水平。以750間柱763水平炮孔布置為例，如圖2所示。

為保證采空區(qū)的穩(wěn)定性及安全性，提高爆破效果，對(duì)炸藥單耗和排間延時(shí)進(jìn)行數(shù)值模擬。并選取最優(yōu)的炸藥單耗和排間延時(shí)，應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)爆破。

3 數(shù)值模型及材料參數(shù)

3.1 數(shù)值模型建立

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，選取3-6#礦體750中段750～763水平部分礦柱作為研究對(duì)象。以m-kg-s為單位制，按照采空區(qū)實(shí)際尺寸建立數(shù)值模型，并應(yīng)用LS-DYNA軟件進(jìn)行模擬分析。模型內(nèi)部建立8排炮孔。炮孔為沿巷道向下穿孔的扇形炮孔，排間距為2 m。依據(jù)礦柱采空區(qū)分布情況，將模型的上、下、左、右4個(gè)面設(shè)置為無反射邊界，模型的前、后2個(gè)面設(shè)置為自由面，總體采用流固耦合算法。初步設(shè)計(jì)的炸藥單耗為1.22 kg/m3、排間延時(shí)為75 ms。根據(jù)礦區(qū)爆破工程巖石條件，首先進(jìn)行1.22、1.27、1.32、1.37 kg/m3和1.42 kg/m3 5種炸藥單耗數(shù)值模擬分析。在此基礎(chǔ)上，再進(jìn)行50、75、100、125 ms和150 ms 5種排間延時(shí)數(shù)值模擬分析。具體數(shù)值模擬模型如圖3所示。

3.2 模型材料參數(shù)

3.2.1 巖石

按照工程巖體試驗(yàn)規(guī)范，對(duì)礦區(qū)巖石取樣，進(jìn)行力學(xué)性能參數(shù)測(cè)試。采用能較好地表現(xiàn)脆性材料在

中深孔爆破下受力狀態(tài)的Mat_Johnson_Holmquist_Concrete模型［12］，結(jié)合巖石性能試驗(yàn)參數(shù)，鉛鋅礦巖石模型材料參數(shù)如表1［11，13］所示。

3.2.2 炸藥

炸藥采用High_Explosive_Burn模型，用JWL狀態(tài)方程［14］進(jìn)行定義：

p=A1-ωR1Ve-R1V+B1-ωR2Ve-R2V+ωE0V。

（1）

式中：A、B、R1、R2、ω為炸藥的材料常數(shù)；p為爆轟壓力；V為相對(duì)體積；E0為初始比內(nèi)能。

炸藥狀態(tài)方程和模型材料參數(shù)如表2［13］所示。

3.3 礦巖材料屈服準(zhǔn)則

將Von Mises屈服準(zhǔn)則作為判斷巖石破碎的依據(jù)［15］。巖石實(shí)際爆破過程中，不同方向的爆炸應(yīng)力波導(dǎo)致稍遠(yuǎn)離炮孔區(qū)域的巖石破壞形式為拉裂破壞，拉裂區(qū)易產(chǎn)生大塊。通過在拉裂區(qū)布置記錄單元，對(duì)比巖石的等效應(yīng)力與動(dòng)態(tài)抗拉強(qiáng)度，判斷巖石是否發(fā)生破壞。

礦巖的動(dòng)態(tài)抗拉強(qiáng)度σtd［16］可表示為

σtd=（4～8）σt。（2）

式中：σt為礦巖的單軸靜態(tài)抗拉強(qiáng)度。

礦柱的礦巖單軸靜態(tài)抗拉強(qiáng)度為16.77 MPa，計(jì)算得到礦巖的動(dòng)態(tài)抗拉強(qiáng)度為83.85 MPa，以此作為巖體充分破壞的判據(jù)。

4 數(shù)值模擬結(jié)果分析

4.1 炸藥單耗優(yōu)化

4.1.1 爆炸應(yīng)力傳播過程

根據(jù)數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，不同炸藥單耗時(shí)應(yīng)力波傳播規(guī)律基本一致。以炸藥單耗1.32 kg/m3為例，隨時(shí)間變化的等效應(yīng)力云圖見圖4。

觀察圖4可知：第1排炮孔起爆后5.0 ms左右，應(yīng)力波擴(kuò)展，炮孔周圍形成局部高應(yīng)力區(qū)；隨后，高應(yīng)力區(qū)急速擴(kuò)展，孔間的局部高應(yīng)力區(qū)出現(xiàn)重疊現(xiàn)象，導(dǎo)致孔間巖體應(yīng)力顯著增大，炮孔兩側(cè)應(yīng)力波逐漸擴(kuò)展；60.0 ms左右，第1排炮孔應(yīng)力開始衰減，高應(yīng)力區(qū)漸變?yōu)榈蛻?yīng)力區(qū)；在100.0 ms時(shí)，第2排炮孔起爆；隨后，第2排炮孔起爆產(chǎn)生的應(yīng)力與第1排炮孔殘余應(yīng)力產(chǎn)生疊加現(xiàn)象，使第1排炮孔周圍礦巖應(yīng)力再次增大；在160.0 ms左右，第2排炮孔應(yīng)力進(jìn)入衰減狀態(tài)，第1排炮孔周圍礦巖應(yīng)力也隨之減小，高應(yīng)力區(qū)再次漸變?yōu)榈蛻?yīng)力區(qū)。后續(xù)各排炮孔起爆的應(yīng)力傳播規(guī)律與前2排基本一致。

4.1.2 巖體質(zhì)點(diǎn)等效應(yīng)力及振動(dòng)

為了解爆破巖體是否充分破壞，根據(jù)巖體單元等效應(yīng)力的分析結(jié)果，結(jié)合巖石動(dòng)態(tài)性能力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果及理論計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行炸藥單耗合理性的判斷。

選取模型炮孔底部單元A～H，單元A～H對(duì)稱，所以僅顯示A～D，并以此為對(duì)象展開等效應(yīng)力分析，如圖5（a）所示。此外，為了在確保整體礦巖充分破碎的同時(shí)，使采空區(qū)圍巖保持穩(wěn)定，選取模型底板巖體單元I～Q，作為現(xiàn)場(chǎng)爆破振動(dòng)測(cè)點(diǎn)的對(duì)照點(diǎn)，進(jìn)行等效應(yīng)力分析及振動(dòng)分析，如圖5（b）所示。且在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)時(shí)，參考振動(dòng)測(cè)點(diǎn)與爆區(qū)首排炮孔中心的水平距離，依據(jù)爆區(qū)和巷道圍巖的相對(duì)空間位置與相對(duì)水平距離，擬在對(duì)應(yīng)巖體記錄單元位置的地下采空區(qū)750底板區(qū)、頂板區(qū)的巷道硐室和800水平圍巖進(jìn)行爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，驗(yàn)證模擬的可靠性。

1）孔底單元等效應(yīng)力分析。

炸藥單耗為1.32 kg/m3時(shí)，孔底單元A～D的等效應(yīng)力時(shí)程曲線如圖6（a）所示。不同炸藥單耗時(shí)，孔底各記錄單元的峰值等效應(yīng)力曲線如圖6（b）所示。

觀察圖6可知，炸藥起爆后，孔底巖石質(zhì)點(diǎn)的應(yīng)力快速增大，到達(dá)峰值后，略微衰減;應(yīng)力持續(xù)一段時(shí)間未繼續(xù)衰減并保持穩(wěn)定，以此進(jìn)行周期性變化，直到起爆完畢后應(yīng)力衰減。隨著時(shí)間推移，孔底巖石質(zhì)點(diǎn)應(yīng)力整體呈先增大、而后逐漸衰減的趨勢(shì)。同時(shí)，隨著炸藥單耗的增大，孔底巖石質(zhì)點(diǎn)的峰值等效應(yīng)力整體呈現(xiàn)逐步增大、后放緩的趨勢(shì)。

爆炸產(chǎn)生的應(yīng)力波使巖石質(zhì)點(diǎn)應(yīng)力急劇增大，巖體間的相互作用力使得應(yīng)力略微衰減并能夠持續(xù)一段時(shí)間。排間延時(shí)起爆出現(xiàn)的疊加現(xiàn)象使應(yīng)力再次增大，達(dá)到峰值，直至8排炮孔完全起爆。排間延時(shí)起爆使應(yīng)力周期性增大并持續(xù)穩(wěn)定，能夠保證巖體的充分破壞。

當(dāng)炸藥單耗為1.27 kg/m3時(shí)，孔底各記錄單元的峰值等效應(yīng)力均小于礦巖動(dòng)態(tài)抗拉強(qiáng)度83.85 MPa，此時(shí)無法保證整體礦巖的破碎效果；當(dāng)炸藥單耗≥1.32 kg/m3時(shí)，記錄單元A～H的峰值等效應(yīng)力均超過礦巖動(dòng)態(tài)抗拉強(qiáng)度83.85 MPa，可以保證整體礦巖的破碎效果。但是，較大的炸藥單耗會(huì)造成貧礦難以回收、能量利用率低、炸藥浪費(fèi)、成本增加等情況;同時(shí)，還會(huì)對(duì)礦區(qū)穩(wěn)定性造成影響。因此，還需要進(jìn)一步分析爆破振動(dòng)對(duì)采空區(qū)穩(wěn)定性的影響。

2）采空區(qū)底板單元的穩(wěn)定性分析。

底板各單元的應(yīng)力變化規(guī)律相似，故僅間隔顯示4個(gè)記錄單元的應(yīng)力傳播規(guī)律。其中，炸藥單耗1.32 kg/m3時(shí)，應(yīng)力時(shí)程曲線如圖7（a）所示；不同炸藥單耗時(shí)，采空區(qū)底板單元的峰值等效應(yīng)力曲線如圖7（b）所示。炸藥單耗1.32 kg/m3時(shí)，采空區(qū)底板單元I～Q的振速時(shí)程曲線如圖8（a）所示；不同炸藥單耗時(shí)，采空區(qū)底板單元的峰值振速如圖8（b）所示。

觀察圖7可知：隨著炸藥單耗的增大，底板單元等效應(yīng)力逐漸變大，且增長(zhǎng)趨勢(shì)逐漸放緩；爆破振動(dòng)對(duì)采空區(qū)底板造成的峰值等效應(yīng)力、峰值振速均隨著炸藥單耗的增加而不斷增大。炸藥單耗最大時(shí)，采空區(qū)底板單元的峰值等效應(yīng)力為2.78 MPa，未達(dá)到破壞強(qiáng)度，表明巖體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

但爆破振動(dòng)影響著采空區(qū)圍巖的穩(wěn)定性。由圖8可知，炸藥單耗為1.42 kg/m3時(shí)，采空區(qū)底板單元的峰值振速是27.89 cm/s，超過了爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)25 cm/s［17］，無法保證采空區(qū)安全穩(wěn)定。

綜和以上分析可以得出：當(dāng)炸藥單耗為1.32 kg/m3時(shí)，孔底單元最小等效應(yīng)力為85.20 MPa，大于礦巖動(dòng)態(tài)抗拉強(qiáng)度83.85 MPa，可以保證整體礦巖的破碎效果；采空區(qū)底板單元峰值振速為13.07 cm/s，小于爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)，且小于炸藥單耗為1.37 kg/m3時(shí)的峰值振速22.59 cm/s，更能保證采空區(qū)的安全穩(wěn)定；此時(shí)，能降低爆破開采成本。因此，選取1.32 kg/m3為最優(yōu)炸藥單耗。

4.2 排間延時(shí)優(yōu)化

為保證采空區(qū)穩(wěn)定性，取炸藥單耗為1.32 kg/m3，基于原始的排間延時(shí)75 ms，進(jìn)行50、 75、 100、 125 ms和150 ms 5種排間延時(shí)的數(shù)值模擬研究，從而確定最優(yōu)排間延時(shí)。

良好的排間延時(shí)，爆炸應(yīng)力分布比較均勻，能在保證爆破破碎效果的同時(shí)，控制爆破振動(dòng)對(duì)采空區(qū)穩(wěn)定性的影響。因此，對(duì)采空區(qū)底板單元的峰值等效應(yīng)力和峰值振速進(jìn)行分析，以確定最優(yōu)的排間延時(shí)。不同排間延時(shí)底板的峰值等效應(yīng)力和峰值振速如圖9所示。

觀察圖9（a）可知，隨著延期時(shí)間逐漸增大，底板單元的應(yīng)力均呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)。整體來看，在50～150 ms區(qū)間內(nèi)，排間延時(shí)對(duì)峰值等效應(yīng)力的影響不顯著，爆破過程中排間延時(shí)的改變不會(huì)對(duì)采空區(qū)底板造成損傷。觀察圖9（b）可知，排間延時(shí)對(duì)底板單元峰值振速的影響較大，隨著排間延期時(shí)間的改變，峰值振速波動(dòng)幅度較大。但整體上，峰值振速和峰值等效應(yīng)力均在安全允許范圍內(nèi)。距爆心較近的高應(yīng)力區(qū)位置的振速較大。在50～150 ms的區(qū)間，振速隨著延期時(shí)間的增大呈現(xiàn)先快速減小、再緩慢變化的情形，未出現(xiàn)明顯的空洞效應(yīng)；且由于振動(dòng)疊加效應(yīng)，排間延時(shí)100 ms時(shí)，爆破振動(dòng)趨于穩(wěn)定且相對(duì)較小，表明該延期時(shí)間具有較好的合理性?？紤]到仍可能存在采空區(qū)失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，選取100 ms為最優(yōu)排間延時(shí)。

圖10為排間延時(shí)100 ms的等效應(yīng)力云圖。第1排炮孔炸藥起爆后5.0 ms左右，爆炸應(yīng)力波擴(kuò)展，在炮孔周圍形成局部高應(yīng)力區(qū)；在10.0 ms左右，高應(yīng)力區(qū)持續(xù)擴(kuò)大，并向第2排炮孔方向擴(kuò)展，應(yīng)力也隨之變大，炮孔兩側(cè)的應(yīng)力波也逐漸擴(kuò)展；在15.0 ms左右，第1排炮孔的應(yīng)力開始逐漸衰減，高應(yīng)力區(qū)隨之減小，漸變?yōu)榈蛻?yīng)力區(qū)；105.0～110.0 ms，隨著第2排炮孔的應(yīng)力不斷增大，兩排炮孔中間形成的局部高應(yīng)力區(qū)出現(xiàn)重疊現(xiàn)象，應(yīng)力顯著增大，然后進(jìn)入衰減狀態(tài)。后續(xù)各排炮孔起爆的應(yīng)力傳播規(guī)律與前2排基本一致。

5 現(xiàn)場(chǎng)爆破效果及采空區(qū)穩(wěn)定性

5.1 爆破回采礦柱現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施

根據(jù)模擬結(jié)果得到的最優(yōu)炸藥單耗和延期時(shí)間進(jìn)行炮孔參數(shù)設(shè)計(jì)。計(jì)算得出，爆破實(shí)際總裝藥量為185 494 kg，數(shù)碼電子雷管實(shí)際使用7 501發(fā)，炮孔的裝藥結(jié)構(gòu)、裝藥量不都相同，總體按照平均炸藥單耗1.32 kg/m3進(jìn)行裝藥，礦柱各水平相鄰炮孔排間延時(shí)為100 ms，各個(gè)水平間延期時(shí)間433 ms。炮孔布置與裝藥結(jié)構(gòu)如圖11所示。圖11中：z為水平標(biāo)高；炮孔編號(hào)后的T，代表透孔。

以763水平礦柱左巷道第1排炮孔爆破為例，具體爆破參數(shù)如表3所示。

5.2" 爆破塊度分析

礦山生產(chǎn)溜井格篩規(guī)格為2 m×2 m，定義礦石體積大于8 m3為大塊。采用Split-Desktop 4.0軟件對(duì)爆堆照片進(jìn)行分析，得到爆破塊度累積分布曲線如圖12所示。礦山以往的大塊率為8.00%左右。采用優(yōu)化后的爆破參數(shù)進(jìn)行爆破后，大塊率降到4.28%左右，塊度大小適中，爆破效果良好。

5.3 采空區(qū)穩(wěn)定性分析

根據(jù)數(shù)值模型中巖體記錄單元的空間位置，在對(duì)應(yīng)模型位置的地下采空區(qū)750底板區(qū)和頂板區(qū)的巷道硐室、800水平圍巖布置4個(gè)測(cè)點(diǎn)。通過分析最近測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)數(shù)據(jù)，確保最近的測(cè)點(diǎn)處于安全范圍內(nèi)。在更遠(yuǎn)處的巷道圍巖處設(shè)置振動(dòng)測(cè)點(diǎn)，以確定采空區(qū)整體是否均未超過安全閾值。同時(shí)，在地表各建（構(gòu)）筑物共布置5個(gè)測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，基于爆破振動(dòng)安全規(guī)范［17］，分析采空區(qū)穩(wěn)定性并驗(yàn)證模擬的可靠性。

測(cè)點(diǎn)1#～9#的地理位置及爆破振動(dòng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表4所示。以測(cè)點(diǎn)1#～4#為例，峰值振速最大方向（Z方向）的振速時(shí)程曲線如圖13所示。

由表4可知：地下監(jiān)測(cè)的爆破最大峰值振速為14.39 cm/s，主振頻率為42.67 Hz；地表監(jiān)測(cè)的爆破最大峰值振速為0.102 cm/s，主振頻率為91.36 Hz；分別小于《爆破安全規(guī)程》規(guī)定的礦山巷道安全振速18～25 cm/s和一般民用建（構(gòu)）筑物安全振速

2.0～2.5 cm/s的要求。數(shù)值模擬得到的采空區(qū)底板單元最大峰值振速為13.07 cm/s，數(shù)值模擬相比現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的誤差僅為9.17%，驗(yàn)證了數(shù)值模擬的有效性。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和數(shù)值模擬兩方面均證明本次爆破振動(dòng)未對(duì)采空區(qū)的安全穩(wěn)定造成影響。

6 結(jié)論

1）采用LS-DYNA軟件建立數(shù)值模型，在孔底及采空區(qū)底板設(shè)置記錄單元，對(duì)不同炸藥單耗及排間延時(shí)的應(yīng)力波傳播規(guī)律進(jìn)行研究。分析得出：峰值等效應(yīng)力和峰值振速均與炸藥單耗正相關(guān)。排間延時(shí)對(duì)等效應(yīng)力的影響不顯著，峰值振速隨排間延時(shí)的增大整體呈現(xiàn)先快速減小、后略微增大、再減小的規(guī)律。炸藥單耗越大，采空區(qū)的穩(wěn)定性越難以保證；排間延時(shí)對(duì)空區(qū)穩(wěn)定性的影響較小，但仍不能忽視失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)炸藥單耗為1.32 kg/m3時(shí)，礦巖均達(dá)到破碎條件，且最大峰值振速小于爆破振動(dòng)安全標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)排間延時(shí)100 ms時(shí)，峰值振速均在安全范圍內(nèi)，且最小。故在保證采空區(qū)穩(wěn)定和爆破效率的前提下，確定最優(yōu)炸藥單耗為1.32 kg/m3、最優(yōu)排間延時(shí)為100 ms。

2）對(duì)采空區(qū)巷道圍巖進(jìn)行爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)。采空區(qū)底板的實(shí)測(cè)峰值振速為14.39 cm/s，滿足地下礦山巷道安全允許標(biāo)準(zhǔn)。此次礦柱的爆破回采未對(duì)地下造成破壞失穩(wěn)，保證了采空區(qū)的安全穩(wěn)定。

3）優(yōu)化炸藥單耗和排間延時(shí)后，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際爆破的破碎效果良好，爆破大塊率由8.00%左右降到4.28%，有效降低了大塊率，驗(yàn)證了最優(yōu)炸藥單耗1.32 kg/m3和最優(yōu)排間延時(shí)100 ms選擇的合理性。

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