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东沟钼矿露天台阶爆破参数优化研究
2018-09-11
为了提高东沟钼矿台阶爆破的破碎效果,降低爆破成本,结合东沟钼矿采场地质条件从理论上分析了影响台阶爆破质量的主要参数,并针对该矿山在爆破生产过程中遇到的根底和大块问题提出将单耗作为定量,通过改变和调整排距、底盘抵抗线、超深等参数并结合数值模拟得出三者对大块影响的主次关系为超深>排距>底盘抵抗线,对根底影响的主次关系为底盘抵抗线>超深>排距。最后得到台阶爆破的推荐参数排距×底盘抵抗线×超深分别为安山岩3.9 m×4.1 m×1.4 m、英安岩4.1 m×4.3 m×1.4 m、火山角砾岩4.1 m×4.5 m×1.2 m。通过实践表明优化后的推荐参数使大块率明显降低且根底率由0.74%降低到0.3...
Series No. 506 August 2018 金 属 METAL MINE 矿 山 总第 506 期 2018 年第 8 期 ·采矿工程· 东沟钼矿露天台阶爆破参数优化研究 1 1 1 1 2 张宝岗 黄 刚 周文涛 张建华 高 科 ( 1.武汉理工大学资源与环境工程学院,湖北 武汉430070;2. 北京奥信化工科技发展有限责任公司,北京100089) 摘 要 为了提高东沟钼矿台阶爆破的破碎效果,降低爆破成本,结合东沟钼矿采场地质条件从理论上分析 了影响台阶爆破质量的主要参数,并针对该矿山在爆破生产过程中遇到的根底和大块问题提出将单耗作为定量,通 过改变和调整排距、底盘抵抗线、超深等参数并结合数值模拟得出三者对大块影响的主次关系为超深>排距>底盘 抵抗线,对根底影响的主次关系为底盘抵抗线>超深>排距。最后得到台阶爆破的推荐参数排距×底盘抵抗线× 超深分别为安山岩 3.9 m×4.1 m×1.4 m、英安岩4.1 m×4.3 m×1.4 m、火山角砾岩 4.1 m×4.5 m×1.2 m。通过实践表 明优化后的推荐参数使大块率明显降低且根底率由 0.74%降低到0.34%。 关键词 露天钼矿 台阶爆破 数值模拟 参数优化 中图分类号 TD235 文献标志码 A 文章编号 1001-1250(2018)-08-001-06 DOI 10.19614/j.cnki.jsks.201808001 Parameters Optimization of Open Pit Bench Blasting in Donggou Molybdenum Mine 1 1 1 1 2 Zhang Baogang Huang Gang Zhou Wentao Zhang Jianhua Gao Ke (1.School of Resources and Environmental Engineering,Wuhan University of Technology,Wuhan 430070,China; 2 . Beijing Auxin Chemical Technology Co.,Ltd.,Beijing 100089,China) Abstract In order to improve the crushing effect of the bench blasting in Donggou molybdenum mine and reduce the cost of blasting, the main parameters of influencing the quality of the step blasting were analyzed theoretically according to the stope geological conditions of Donggou molybdenum mine. In view of problems of the rate of bedrock and the bulk appeared in the blasting process, it is proposed to adopt a unit consumption as fixed quantity to gain the influencing relationship of the row distance, the bottom burden, and the ultra depth on the rate of bedrock and the bulk. By changing and adjusting these three pa⁃ rameters and combining with the numerical simulation, it is concluded that the hierarchical relationship of the three factors on the bulk rate is listed as the ultra depth>the row distance>the bottom burden, and the hierarchical relationship on the root is the bottom burden>the ultra depth>the row distance. Finally, the parameters of bench blasting in the form of the row spacing× the bottom burden×the ultra depth are recommended as 3.9 m×4.1 m ×1.4 m for andesite, 4.1 m×4.3 m×1.4 m for dacite and 4 .1 m×4.5 m×1.2 m for volcanic breccia. The practice indicated that the bulk rate was significantly reduced and the rate of bedrock was dropped from 0.74% to 0.34% after recommendation. Keywords Open-pit molybdenum mine,Bench blasting,Numerical simulation,Parameter optimization [ 3] 露天矿台阶爆破随着开采境界加深,岩层性质 发生改变,导致按原有爆破设计参数爆破后出现爆 破根底增多,大块增多等问题,给矿山的生产和成 本管理带来了较大的影响。部分学者对台阶爆破 良好的爆破效果;许名标等 通过 ANSYS/LS-DYNA 数值模拟,对 4 种不同炮孔直径的爆破参数进行了 优化,并进行现场试验。本研究以东沟钼矿露天台 阶爆破为背景,运用有限元软件 ANSYS/LS-DYNA 建立露天矿台阶爆破模型,控制单耗不变将炮孔排 距、底盘抵抗线和超深作为后续数值模拟计算的 3 个变量,合理的台阶爆破参数,为台阶爆破设计提 供指导。 [1] 参数优化做了多方面的研究,例如饶运章等 通过 经验公式算得某露天矿的深孔台阶爆破参数,进一 [ 2] 步通过正交试验法优化了爆破参数;张青松等 利 用工程类比法优化了那林金矿的爆破参数,获得了 收稿日期 2018-03-18 基金项目 中央高校基本科研业务费专项(编号:2017IVA048)。 作者简介 黄 刚(1986—),男,讲师,博士。通讯作者 张建华(1963—),男,教授,博士研究生导师。 · 1· 总第506期 金 属 矿 山 2018年第8期 1 理论分析 在露天矿台阶爆破生产作业过程中,大块主要 集中在前排孔和台阶的坡面,顶部的斜坡,堵塞及 软、硬岩石的交界处,节理、裂隙发育等和其他复杂 的地质结构的地方。形成大块的原因主要有 :①穿 爆参数不合理,包括穿孔质量、钻孔超深、装药结构、 炮孔布置、底盘抵抗线、装药量、爆破方法等;②节理 裂隙,矿区地质构造也在很大程度上会影响大块的 产生,特别是断层、裂隙发育的部位,会使得爆破效 果差、大块率过高;③炸药单耗,单耗的不合理,特别 是在炸药消耗量过小的情况下,大块率会明显上 升。根底主要存在于底盘抵抗线过大的区域,底盘 倾斜角过小的区域,钻孔超深不够的部位,采用挤压 爆破时抵抗线过大区段及产生盲炮的位置等,均为 易产生根底的部位。产生根底的原因主要有:①底 盘抵抗线过大;②矿岩倾角小;③钻孔深度或超深不 足;④挤压爆破;⑤盲炮。 材料的属性进行修改,用命令*EOS_JWL定义炸药的 状态方程。根据现场调查,东沟钼矿使用的乳化炸 3 药的密度为1 310 kg/m ,爆速为4 500 m/s。 (2)岩石参数。将岩石假设为理想的弹塑性材 料,选取*MAT_PLASTIC_KINEMATIC 为台阶爆破模 拟实验的主体。东沟钼矿当前 3 种主要岩石的材料 参数见表1。 综上结合东沟露天矿水文地质条件及现有台阶 爆破参数分析结果表明,单耗、孔距排距、底盘抵抗 线以及超深是影响该矿大块率和根底率的最主要因 素,为了既优化该矿山的台阶爆破参数,又最大限度 地保证经济效益,在本研究中控制深孔台阶爆破参 数的单耗作为定量不变,将炮孔排距、底盘抵抗线和 超深作为后续数值模拟计算的3个变量予以考虑。 ( 3) 土 壤 参 数 。 土 壤 模 型 选 取 2 . 1 建立模型 由于该模型具有对称性,为了尽可能模拟工程 数值模拟研究 * MAT_SOIL_AND_FOAM,该模型较好地反映了堵塞 2 3 段的力学参数,堵塞段模型密度取1.8 g/cm 2 . 3 正交因素确定水平选择 根据理论分析,坡顶是最易产生大块的区域,因 实际,减少计算量,只建立1/2模型,通过在对称面加 载约束实现,整个模型是尺寸为 2 000 cm×1 800 cm×1 000 cm的台阶。为了控制单耗不变,令a为孔 距,根据不同的排距 b 及密集系数 m,单孔负担面积 此选取坡顶距离2个炮孔之间a/2处的单元D(大块) 作为考察爆破大块的试验对象;坡底是最易产生根 底的区域,选取坡底距离 2 个炮孔之间 a/2 处的单元 G(根底)作为考察爆破根底的试验对象。通过比较 D、G单元的最大主应力峰值与岩石抗拉强度来分析 D、G单元是否破坏,即是否有大块和根底产生,因此 分别将模拟结果中得到的 D、G单元的最大主应力峰 值作为此次数值模拟正交试验方案的试验指标。 现矿山使用的孔距、排距、底盘抵抗线和超深分 别为 5.0 m、4.5 m、4.7 m、1.0 m。为了保证单耗不变, 2 固定为a×b=22.5 m ,m=a/b。该模型中,台阶高度为 1 200 cm,装药长度为900 cm,炮孔设计成方形,等效 d 直径为14 cm,孔距a和排距b、底盘抵抗线W 和超深 h均为数值模拟变量。为了研究排距的影响,模型中 设计2个孔,由于延迟时间不是此次模拟的变量,2个 孔并未设计微差,采用孔底同时起爆。如图1实体模 型尺寸图所示,单位cm。台阶的顶面、坡面和下坡面 为自由面,正面为约束面,其他面均为无反射面。 2 2 . 2 材料参数 (1)炸药参数。东沟钼矿露天台阶爆破主要采 已确定单孔负担面积固定为 a×b=22.5 m ,则可将孔 距和排距简化为1个变量,采用排距b作为实验变量, 可通过a=22.5/b,m=a/b算出孔距a和密集系数m。根 据排距、超深、底盘抵抗线设计5个水平,其中排距和 底盘抵抗线较现使用数据设计 3 个偏小和 1 个偏大 的水平,而超深较现使用数据设计 3个偏大和1个偏 用乳化炸药进行爆破。由于ANSYS前处理中的材料 模型里没有炸药模型,因此,需要在之后生成的 K文 件里进行修改。在 K 文件的 MATERIAL DEFINI- TIONS 里用命令*MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN 对 · 2· 黄 刚等:东沟钼矿露天台阶爆破参数优化研究 2018年第8期 小的水平。设计的水平如下表2所示。 根据以上因素和水平设置指标A(大块)与指标B ( 根底)制定正交试验方案表可知1共有25组数值模 拟方案,试验编组如表 3 所示。通过读取 25 组试验 D、G单元的最大主应力峰值,并将其统计在表中作为 模拟结果的分析依据。试验结果分析见表4。 标,1号试验最好,结果为13.2 MPa,条件为①1②1③ 1 即排距×底盘抵抗线×超深=3.9 m×4.1 m×0.8 m, 对于根底(G单元最大主应力峰值)这个指标,21号试 验最好,结果为 13.20 MPa,条件为①5②1③5 即排 距×底盘抵抗线×超深=4.7 m×4.1 m×1.6 m。 (2)3 个因素对 2 个指标影响的主次关系:大块 (D 单元最大主应力峰值)③>①>②;根底(G 单元 最大主应力峰值)②>③>①。 从 A、B2 个指标的分析计算可以看出,3 个因素 对A、B2个指标的影响: (1)排距对大块影响较大,对根底影响最小,所 以可以选取排距的水平为①1。 根据表4,绘制指标A、指标B与各因素关系见图 (2)底盘抵抗线对大块几乎没有影响,对根底影 响最大,所以可以确定底盘抵抗线水平取②1。 (3)超深对大块和根底都有很大的影响,且成反 比,综合选取超深的水平为③4。 2 。图2中纵坐标为在3个不同因素下的 D、G单元的 最大主应力峰值平均值,即表 4 中的 k1~ k5 的值,横 坐标为3个不同因素的5个水平1、2、3、4、5。 分析表3、表4可得出: (4)最后用综合平衡法选取 3个因素在 5个水平 下最好的条件为①1②1③4,即排距×底盘抵抗线× (1)对于大块(D 单元最大主应力峰值)这个指 · 3· 总第506期 金 属 矿 山 2018年第8期 超深=3.9 m×4.1 m×1.4 m。 案优化后的参数有效地降低了大块和根底,优化效 果良好,达到了试验的预期目标。 3 . 1 结论验证 东沟钼矿矿山露天台阶爆破现场使用 3 个因素 参数结论验证 3 3. 2 3种不同岩石条件下台阶爆破数值模拟 根据表2,将K文件中用于定义岩石特性的关键 字*MAT_PLASTIC_KINEMATIC 相应参数修改成英 安岩和火山角砾岩对应的值,重复正交试验方案,得 到最优方案依然是①1②1③4,即(排距×底盘抵抗 线×超深=3.9 m×4.1 m×1.4 m),但由于英安岩和火 山角砾岩岩性较软,弹性模量和抗拉强度都小于安 山岩,为了防范岩石爆破后过于粉碎以及产生飞石, 可将排距和底盘抵抗线适当增大,超深减小,将能够 使得指标A、指标B刚好超过岩石的抗拉强度的方案 作为最优方案。根据以上原则反复修改参数进行数 值模拟,在英安岩条件下,选择排距×底盘抵抗线× 超深最优参数为4.1 m×4.3 m×1.4 m;在火山角砾岩 条件下,选择排距×底盘抵抗线×超深最优参数为 排距×底盘抵抗线×超深为4.5 m×4.7 m×1.0 m,即 水平①4②4③2,用数值模拟正交试验法优化后 3 个 因素的水平为①1②1③4,即(排距×底盘抵抗线× 超深=3.9 m×4.1 m×1.4 m),这2组水平都是25个正 交试验方案不存在的组合,为了验证结论的正确性, 将 2 组水平的数据重新建立模型,用数值模拟计算, 计算结果如图3: 4.1 m×4.5 m×1.2 m模拟结果如图4所示。 从图3中可以看出:矿山现场实际使用的3个参 数模拟出来的指标A为7.98 MPa,指标B为7.81MPa, 均远小于安山岩的抗拉强度11.2 MPa;而优化后的3 个参数模拟出来的指标 A 为 11.55 MPa,指标 B 为 12.41 MPa,都大于安山岩的抗拉强度 11.2 MPa。模 拟结果验证表如下表5。 从图4可以看出,只有英安岩条件下模拟的指标 B 为 9.98 MPa,略小于英安岩的抗拉强度 10.4 MPa, 其他的3个指标均略超过了相应岩石的抗拉强度,表 明该参数下台阶爆破数值模拟效果较好。 可知以安山岩作为台阶爆破数值模拟的岩石主 体,优化后的参数(排距×底盘抵抗线×超深=3.9 m×4.1 m×1.4 m)建立模型,计算得到的指标A、指标 B均大于安山岩的抗拉强度,坡顶和坡底的岩石均会 产生拉裂破坏,因此可认为用数值模拟正交实验方 · 4· 黄 刚等:东沟钼矿露天台阶爆破参数优化研究 2018年第8期 明显降低且根底率由0.74%降低到0.34%。 3 . 3 原设计方案与优化后设计方案现场试验 现于东沟钼矿 680工作平盘进行 2次试爆试验, 号试验采用原设计方案,2 号试验采用优化后的方 参 考 文 献 1 案,待试爆结束后对 2 次试爆的爆破效果进行对比 分析。从图 5 可明显看出 1 号试验清运前大块较多 爆破效果较差,而 2 号试验清运前块度较为均匀爆 破效果良好。在清运场地后测量得到 1 号试验爆破 [ 1] 饶运章,王春华,黄铁平,等.某石灰岩矿中的深孔爆破参数优化 [J].金属工程,2011(6):47-51. Rao Yunzhang,Wang Chunhua,Huang Tieping,et al. Parameter optimization of deep hole blasting in a limestone mine[J]. Metal Engineering,2011(6):47-51 . 3 3 矿岩的总方量为 48 392 m ,根底方量为 361.7 m ,根 [ 2] 张青松,郑成英,邓志高.破碎矿岩凿岩爆破参数优化方法探讨 底率=361.7/48 392=0.74%;2 号试验爆破矿岩的总方 [J].中国矿山工程,2009(1):44-47. 3 3 量 为 49 251.7 m ,根 底 方 量 为 169.2 m ,根 底 率 = Zhang Qingsong,Zheng Chengying,Deng Zhigao.Discussion on optimization method of blasting parameters of broken rock drilling [J]. China Mining Engineering,2009(1): 44-47 1 69.2/49 251.7=0.34%;通过计算结果可以明显看出, 号试验根底率明显下降。 2 [ 3] 许名标,彭德红.边坡预裂爆破参数优化研究[J].爆炸与冲击, 2008(4):355-359. Xu Mingbiao,Peng Dehong. Study on optimization of slope pre- splitting blasting parameters[J]. Explosion and Shock,2008(4): 355-359. [ 4] 卢海湘.爆炸应力波作用下岩体破碎机理的研究[J].湖南有色 金属,2002,18(3): 32-35. Lu Haixiang.Study on broken mechanism of rock mass under explo- sive stress wave[J].Hunan Nonferrous Metals,2002,18(3): 32-35. [ 5] 郝晋会.露天台阶爆破参数优化[D].沈阳:东北大学,2003. Hao Jinhui.Optimization of Blasting Parameters of Open-pit Bench [ D]. Shenyang: Northeastern University,2003. 6] 李宇光.大峰采区露天煤矿爆破参数设计及应用[J].陕西煤炭, 016(1):35-39. [ 2 Li Yuguang.Design and application of blasting parameters in open- pit coal mine in Dafeng Mining Area[J]. Shaanxi Coal,2016(1): 35-39. 4 结 论 [ 7] 王新忠,孙德胜.中深孔凿岩爆破参数优化的试验与研究[J].有 (1)在东沟钼矿露天台阶爆破中,排距、底盘低 色金属,2005(4):14-16. Wang Xinzhong,Sun Desheng.Experimental and research on opti- mization of blasting parameters of medium and deep hole drilling 抗线、超深 3 个因素对 2 个指标影响的主次关系:大 块(D 单元最大主应力峰值)③>①>②;根底(G 单 元最大主应力峰值)②>③>①。 [J]. Nonferrous Metals,2005(4): 14-16. [ 8] 吴贤振,余 敏,吴 强.铜坑矿中深孔凿岩爆破参数优化试验 ( 2)在安山岩为岩石主体条件下,矿山现场实际 使用的3个参数(排距×底盘抵抗线×超深=4.5 m× .7 m×1.0 m)模拟出来的指标 A 为 7.98 MPa,指标 B 研究[J].黄金,2011(5):31-33. Wu Xianzhen,Yu Min,Wu Qiang.Experimental study on optimiza- tion parameters of blasting parameters of medium-deep hole drilling in Tongkeng Mine[J].Gold,2011(5): 31-33. 4 为7.81 MPa,均远小于岩石的抗拉强度11.20 MPa;坡 顶和坡顶的岩石都没有破坏;而优化后的 3 个参数 [ 9] 王创业,张飞天,韩万东.基于神经网络的露天矿爆破参数优化 研究[J].金属矿山,2011(3):57-59. ( 排距×底盘抵抗线×超深=3.9 m×4.1 m×1.4 m)模 拟出来的指标A为11.55 MPa,指标B为12.41 MPa,都 大于岩石的抗拉强度 11.20 MPa,坡顶和坡顶的岩石 都产生了拉裂破坏。 Wang Chuangye,Zhang Feitian,Han Wandong.Optimization of blasting parameters in open pit mine based on neural network[J]. Metal Mine,2011(3): 57-59. [ 10] 吴正伟.内蒙古长山壕金矿挤压爆破根底问题研究[D]. 武汉:武 汉理工大学.2015. (3)在安山岩、英安岩和火山角砾岩 3 种不同岩 Wu Zhengwei.Study on the Bottom of Extrusion Blasting in Chang- shanhao Gold Mine,Inner Mongolia[D]. Wuhan :Wuhan Univer- sity of Technology .2015. 石条件下,东沟钼矿深孔台阶爆破数值模拟优化后 的排距×底盘抵抗线×超深 3 个参数的推荐值分别 为 3.9 m×4.1 m×1.4 m、4.1 m×4.3 m×1.4 m、4.1 m×4.5 m×1.2 m。上述推荐参数条件下使得大块率 [ 11] 张 .V 形刻槽爆破动态数值模拟[. D]. 武汉:武汉理工大学, 2006. · 5· 总第506期 金 属 矿 山 2018年第8期 Zhang Yue.Numerical Numerical Simulation of V- shaped Groove Shen Lijun,Liu Ying,Wang Xuguang.Bench blasting technique in open pit mines at home and abroad[J]. Engineering Blasting, 2004,10(2): 54-58. Blasting[D]. Wuhan :Wuhan University of Technology,2006. [ 12] 叶唐进.瞬态瑞雷面波法ANSYS数值模拟中的参数研究[D].成 都:西南交通大学,2012. [14] 丁一鸣,池恩安,张修玉,等. 不同岩层倾向与台阶坡面位置关 系下的爆破效果[J]. 金属矿山,2012(9): 40-42. Ye Tangjin.Study on Parameters of Numerical Simulation of Tran- sient Rayleigh Wave Method ANSYS[D]. Chengdu:Southwest Jiao- tong University,2012. Ding Yimin,Chi En'an,Zhang Xiuyu,et al. Blasting effect compari- sonof different spatial position relationship between rock Strata di- pand bench slop[J]. Metal Mine,2012(9): 40-42. [ 13] 沈立晋,刘 颖,汪旭光,等.国内外露天矿山台阶爆破技术[J]. 工程爆破,2004,10(2):54-58. (责任编辑 石海林) · 6·
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