露天矿台阶抛掷爆破效果-多参数响应机理研究

Blast casting effects in stripping work bench of surface mine affects stripping and excavating efficiencies and production costs directly, various blasting effects will be formed different from blast casting parameters in rock bench. It has a great scientific significance to explore the influence relation and reveal the intrinsic response mechanism between multi-parameters and effects of blast casting. Blast theory, damage-fracture mechanics and second law of thermodynamics will be adopted to study the rock features in process of deformation, damage, destroy, and casting after explosive detonated, a model for predicting effective energy utilization of rock mass will be built. Field experiment, the software simulation and other methods will be employed to study the regularities of explosive energy distributing in rock mass and the response characteristic of blast casting effect to multi-parameters, the quantitative functional relationship between blast parameters with effective casting ratio and muck pile morphology will be established as well. The final research results will provide theoretical support for optimizing parameters and establish a technical foundation for improving effective casting ratio and controlling favorable muck pile morphology, which has a great theoretical significance and engineering application value.

露天矿台阶抛掷爆破效果是影响采剥工程效率及生产成本的重要因素，而抛掷爆破参数对抛掷爆破效果起决定性作用。探究抛掷爆破参数对抛掷爆破效果的影响特征，揭示抛掷爆破效果与爆破多参数间的内在响应机理具有重要的科学意义。本项目采用爆破理论、岩石损伤断裂力学、热力学第二定律等理论研究炸药爆破后岩体的变形、损伤、破坏及抛掷特征，构建岩体有效能量利用率预测模型；通过现场实验、软件模拟等方法研究炸药能量在岩体中分布规律及爆破效果对抛掷爆破多参数的响应特征，揭示抛掷爆破多参数影响的爆堆形态特征与分布规律，建立抛掷爆破参数与有效抛掷率及爆堆形态间的定量函数关系。项目的研究成果将为抛掷爆破参数优化提供理论支撑，为提高有效抛掷率及控制良好爆堆形态奠定技术基础，具有重要的理论意义和工程应用价值。

本项目以高台阶深孔抛掷爆破技术为研究对象，围绕大孔径、深孔、柱状装药特点进行抛掷爆破效果对抛掷爆破参数响应机理研究，旨在探索抛掷爆破参数与效果间的内在规律，为抛掷爆破参数设计、提高爆破效果及降低生产成本提供科学指导。本项目基于岩土爆破基础理论分析了爆破后岩体的变形、破坏、抛掷过程，探索并阐释应力波和爆生气体对岩体破碎抛掷作用机理，通过现场实验手段和统计分析原理研究抛掷爆破多参数对抛掷爆破效果的影响和变化规律，揭示效果与参数内在的响应机理，确定抛掷爆破多参数对有效抛掷率影响的关键特征及关键参数，建立基于普遍科学意义的抛掷爆破多参数-效果预测模型。得到以下结论：（1）揭示了应力波和爆生气体破碎抛掷岩石的过程和力学关系：冲击波作用于孔壁周围形成径向裂隙和环向裂隙，爆生气体促使裂缝扩展并形成破碎块度，剩余爆生气体能量促使破碎岩块沿最小抵抗线方向抛掷，建立了抛掷爆破效果表征参量与爆轰产物参数的关系。（2）采用因子分析法，对抛掷爆破效果影响程度进行排序，确定了炸药单耗和孔距是影响有效抛掷率的最重要的参数。并基于炮孔装药条件和岩体能量分布规律，确定优化后的最佳孔距不超过12.49m，炸药单耗不大于0.75kg/m3，并通过现场应用可达到34%的有效抛掷率。（3）依据岩石抛掷弹道理论模型确定了离散岩体单元的有效抛掷率计算公式，并建立黑岱沟露天矿抛掷爆破采掘带宽度优化的非线性数学规划模型，得到最佳采掘带宽度为75m。（4）选取炸药单耗、台阶高度、孔距、排距、最小抵抗线作为影响因素，有效抛掷率、松散系数作为评价因素，建立参数优化后粒子群算法和极限学习机相结合的露天矿抛掷爆破效果预测模型，其预测精度达到98.94%。本项目揭示了岩石抛掷爆破机理，进一步阐释了高台阶深孔抛掷爆破岩石破碎抛掷过程和力学关系，为预测和提高有效抛掷率提供科学依据，对抛掷爆破效果控制和参数优化设计具有重要科学理论意义。