硬岩薄矿脉开采爆破夹制作用下围岩破裂过程与损伤机理研究

Because of the restrict by small space and limited free surface, the destructive power caused by explosive detonation not only caving ore but also causing different degree of damage on the surrounding rock mass, leading to huge dilution and loss, and blasting effect would be influenced seriously. For this scientific problem that the mechanism of rock breaking under the condition of clipping, this project intends to adopt model test and numerical simulation method to research the crack propagation and evolution of fracture zone; Establishing FEM-DEM coupling calculation model to analyze the influence mechanism of blasting stress wave and energy conversion under the condition of clipping; Considering the energy utilization and the rupture zone extended to establish representing mode of clipping and reveal the intrinsic link of rock fracture failure under blasting load and rock clipping. Based on the self-organizing neural network algorithm, establishing analysis method of rock mass fracture under the clamping effect and the prediction model of clipping; Research results would contribute to revel the inner link that Macro performance characteristics and dynamic evolution mechanism of rock blasting under clipping, it also has important theoretical guiding significance for blasting parameters optimization and safe efficient mining of metal mine. To carry out this project could provide theoretical guidance and technical support for the mining and construction of ore that under the condition of small space and limited free surface.

薄矿脉回采受到小空间、有限自由面条件的限制，爆破时炸药爆炸所产生的作用力在破岩落矿的同时对周围岩体也产生不同程度的破坏，造成矿石大量损失贫化，严重影响爆破效果。针对夹制作用下的岩体爆破破岩机制这一科学问题，项目拟采用物理模型实验和数值模拟方法，研究爆破夹制作用下岩石裂纹的扩展及破裂区演化规律；建立FEM-DEM耦合计算模型，分析岩体夹制作用对爆破应力波的传播及能量转化的影响机制；综合考虑能量利用和破裂区扩展两个方面建立岩体夹制作用的表征模型，揭示岩体的夹制作用与爆破载荷作用下岩体的断裂破坏之间的内在联系。基于自组织神经网络算法，建立夹制作用下的岩体爆破破裂机制分析方法及岩体夹制作用的预测模型；研究成果对于揭示夹制作用下岩体爆破的宏观表现特征与其动力学演化机制的内在联系，对金属矿山薄矿脉爆破参数优化和安全高效开采具有重要理论指导意义。

薄矿脉开采受到小空间、有限自由面条件的制约，矿岩爆破受到极大的夹制作用，增加了爆破的难度，易引起矿石的大量损失和贫化。针对围岩夹制作用下的爆破破岩机制这一科学问题，本项目综合采用室内爆破模型实验、数值计算和现场试验等多种手段开展研究。基于金属丝电爆炸原理，集成抗冲击双轴加载系统、超高速摄像机与3D扫描仪，构建了直丝电爆破综合实验系统，得到了夹制作用下岩体爆破破裂区形态及破碎块度分布特征，考虑爆破过程中爆破应力波和爆生气体的综合作用，建立了基于FEM-DEM耦合岩体爆破数值模拟方法，得到了夹制作用下岩体爆破过程的速度场分布特征以及爆破能量的传递与转移规律；提出了爆破夹制作用的定量表征指标，分析了采幅、抵抗线以及围岩应力等因素对爆破夹制作用的影响，得到了采幅宽度、抵抗线大小与围岩应力指标与爆破夹制系数的定量关系，揭示了夹制作用下岩体爆破的宏观破裂特征与其力学本质之间的内在联系，建立了薄矿脉爆破夹制系数的定量确定方法，绘制了薄矿脉爆破夹制作用量化分析图表。在室内实验和数值计算的基础上，将所得到的理论和方法应用于内蒙古某黄金矿山急倾斜薄矿脉采场，以爆破超欠挖体积和爆破块度粒级为评价指标，得到了最优的爆破孔网参数，降低了薄矿脉爆破的夹制作用，通过现场工业试验验证和完善了本项目所提出的理论及方法。本项目研究成果为揭示薄矿脉回采爆破夹制作用的产生原因和作用机理，完善薄矿脉开采爆破参数设计及优化方法，实现金属矿山薄矿脉安全、高效、低成本开采提供理论指导和技术支持。