CN113051717B - 一种***时最大单响药量的确定方法 - Google Patents

一种***时最大单响药量的确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种***时最大单响药量的确定方法，属于***工程技术领域。本发明根据矿山充填情况制作胶结充填体试件，采用SHPB冲击试验得到分级尾砂胶结充填体质点弹性变形阶段的最大动态抗压强度σemax和分级尾砂胶结充填体质点完全破坏时的最大动态抗压强度σpmax，基于一维应力波传播公式与现场监测回归的萨道夫斯基公式联合，确定不同强度充填体稳定区、损伤区和破坏区对应的最大段同响药量。

Description

一种***时最大单响药量的确定方法
技术领域
本发明涉及一种***时最大单响药量的确定方法，属于材料技术领域。
背景技术
***药量的控制对于井下***作业来讲十分重要。通常通过一些列的***漏斗实验以及经验公式来确定***作业的参数，存在着很大的误差和随机性，不能根据实际岩性以及现场情况进行控制，因此会有很大的误差，导致现场***最大单响药量不准确，出现超挖和欠挖的现象，甚至对周围胶结充填体的稳定性产生影响，导致充填体的松散和垮塌等现象，严重影响采掘工作的进行。
发明内容
本发明针对现有技术中的***振动对临近胶结充填体损伤问题，提供一种***时最大单响药量的确定方法，本发明根据矿山充填情况制作胶结充填体试件，采用SHPB冲击试验得到分级尾砂胶结充填体质点弹性变形阶段的最大动态抗压强度σemax和分级尾砂胶结充填体质点完全破坏时的最大动态抗压强度σpmax，再基于一维应力波传播公式与现场监测回归的萨道夫斯基公式联合，确定不同强度充填体稳定区、损伤区和破坏区对应的最大段同响药量。
一种***时最大单响药量的确定方法，包括以下步骤：
(1)根据细长杆一维纵波传播理论，质点受力和质点速度的关系式
σ＝-ρc0v (1)
式中：负号表示应力波传播过程中应力和速度方向相反，ρc0为传播介质的波阻抗，ρ为介质密度，kgm-3，c0为介质中一维纵波传播速度，ms-1；
式(1)推导出
Figure BDA0002964287460000011
σemax＝-ρc0vemax (3)
σpmax＝-ρc0vpmax (4)
式中：ρ为介质密度，kgm-3，c0为介质中一维纵波传播速度，ms-1；σemax为分级尾砂胶结充填体质点弹性变形阶段的最大动态抗压强度，MPa；σpmax为分级尾砂胶结充填体质点完全破坏时的最大动态抗压强度，MPa；vemax为尾砂胶结充填体弹性变形阶段质点运动的最大速度，m/s；vpmax为尾砂胶结充填体塑性变形阶段质点运动的最大速度，即充填材料到达动态峰值强度时质点速度，m/s；
(2)根据矿山充填情况制作胶结充填体试件，采用SHPB冲击试验得到分级尾砂胶结充填体质点弹性变形阶段的最大动态抗压强度σemax和分级尾砂胶结充填体质点完全破坏时的最大动态抗压强度σpmax，计算出尾砂胶结充填体弹性变形阶段质点运动的最大速度vemax和尾砂胶结充填体塑性变形阶段质点运动的最大速度vpmax；
(3)根据萨道夫斯基公式
Figure BDA0002964287460000021
式中：V为质点峰值振动速度，cm/s；Q为最大单响段药量，kg；R为爆心距，即测点至爆源距离，m；K为与介质和***条件因素有关的系数，α为振动衰减系数；
式(5)推导出
Figure BDA0002964287460000022
Figure BDA0002964287460000023
式中：Qemax为充填体稳定区域能承受的一次最大允许单响***量，kg；Qpmax为充填体完全破坏时一次最大单响***量，kg；
由(2)和(5)推导出
Figure BDA0002964287460000024
转化为爆心距R与动态抗压强度σ的关系式
Figure BDA0002964287460000025
(4)采用***振动记录仪监测井下现场***过程的振动速度，对井下***中充填体所收集到的临界振动速度进行最小二乘法回归分析，剔除误差测点后经软件OriginPro数据处理得到K值和α值；根据尾砂胶结充填体弹性变形阶段质点运动的最大速度vemax、尾砂胶结充填体塑性变形阶段质点运动的最大速度vpmax、K值和α值，计算出Qwmax和Qpmax；
(5)根据***区周围尾砂胶结充填体损伤破坏范围的具体判据：
充填体质点速度判据
0＜v＜vemax 稳定 (10)
vemax＜v＜vpmax 损伤 (11)
v＞vpmax 完全破坏 (12)
式中：vemax为尾砂胶结充填体弹性变形阶段质点运动的最大速度，m/s；vpmax为尾砂胶结充填体塑性变形阶段质点运动的最大速度，即充填材料到达动态峰值强度时质点速度，m/s；
得到临近爆区周围分级尾砂胶结充填体进行损伤破坏范围划分
Figure BDA0002964287460000031
Figure BDA0002964287460000032
Figure BDA0002964287460000033
式中：Rw为稳定区充填体目标质点与***中心的距离，m；Rs为损伤区充填体目标质点与***中心的距离，m；Rp为破坏区充填体目标质点与***中心的距离，m；
从而得到分级尾砂胶结充填体距离爆心不同位置稳定所需控制的一次最大***量为：
Figure BDA0002964287460000034
Figure BDA0002964287460000035
Figure BDA0002964287460000036
式中：Qwmax为充填体稳定区域能承受的一次最大允许单响***量，kg；Qs为充填体完全破坏前损伤区域能承受的一次最大允许单响***量范围，kg；Qp为充填体完全破坏时一次最大单响***量，kg。
本发明的有益效果是：
(1)利用***模型试验推测现场K，a值的方法，由于计算***安全距离时K，a值取值范围较大，导致选取的单段最大装药量误差较大，本发明利用***振动记录仪监测井下现场***过程的振动速度，对井下***中充填体所收集到的临界振动速度进行最小二乘法回归分析，剔除误差测点后经软件OriginPro数据处理得到K值和α值，可有效缩小K，a值取值范围，提高单段最大装药量选取精度；
(2)本发明***时最大单响药量的确定方法有效地防治***时因药量过大***振动损伤周边充填体的情况；
(3)本发明利用SHPB试验技术充分掌握了井下胶结充填体材料的动力学性质，为井下充填工作以及***作业提供了充分的技术支持；
(4)本发明有效的控制了矿山采掘成本，降低了因井下***作业带来的危险性，同时提高了井下作业人员以及设备的安全性。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1：一种***时最大单响药量的确定方法，具体步骤如下：
(1)根据细长杆一维纵波传播理论，质点受力和质点速度的关系式
σ＝-ρc0v (1)
式中：负号表示应力波传播过程中应力和速度方向相反，ρc0为传播介质的波阻抗，ρ为介质密度，kgm-3，c0为介质中一维纵波传播速度，ms-1；
式(1)推导出
Figure BDA0002964287460000041
σemax＝-ρc0vemax (3)
σpmax＝-ρc0vpmax (4)
式中：ρ为介质密度，kgm-3，c0为介质中一维纵波传播速度，ms-1；σemax为分级尾砂胶结充填体质点弹性变形阶段的最大动态抗压强度，MPa；σpmax为分级尾砂胶结充填体质点完全破坏时的最大动态抗压强度，MPa；vemax为尾砂胶结充填体弹性变形阶段质点运动的最大速度，m/s；vpmax为尾砂胶结充填体塑性变形阶段质点运动的最大速度，即充填材料到达动态峰值强度时质点速度，m/s；
(2)根据矿山充填情况制作胶结充填体试件，采用SHPB冲击试验得到分级尾砂胶结充填体质点弹性变形阶段的最大动态抗压强度σemax和分级尾砂胶结充填体质点完全破坏时的最大动态抗压强度σpmax，计算出尾砂胶结充填体弹性变形阶段质点运动的最大速度vemax和尾砂胶结充填体塑性变形阶段质点运动的最大速度vpmax；
(3)根据萨道夫斯基公式
Figure BDA0002964287460000051
式中：V为质点峰值振动速度，cm/s；Q为最大单响段药量，kg；R为爆心距，即测点至爆源距离，m；K为与介质和***条件因素有关的系数，α为振动衰减系数；
式(5)推导出
Figure BDA0002964287460000052
Figure BDA0002964287460000053
式中：Qemax为充填体稳定区域能承受的一次最大允许单响***量，kg；Qpmax为充填体完全破坏时一次最大单响***量，kg；
由(2)和(5)推导出
Figure BDA0002964287460000054
转化为爆心距R与动态抗压强度σ的关系式
Figure BDA0002964287460000055
(4)采用***振动记录仪监测井下现场***过程的振动速度，对井下***中充填体所收集到的临界振动速度进行最小二乘法回归分析，剔除误差测点后经软件OriginPro数据处理得到K值和α值；根据尾砂胶结充填体弹性变形阶段质点运动的最大速度vemax、尾砂胶结充填体塑性变形阶段质点运动的最大速度vpmax、K值和α值，计算出Qwmax和Qpmax；
(5)根据***区周围尾砂胶结充填体损伤破坏范围的具体判据：
充填体质点速度判据
0＜v＜vemax 稳定 (10)
vemax＜v＜vpmax 损伤 (11)
v＞vpmax 完全破坏 (12)
式中：vemax为尾砂胶结充填体弹性变形阶段质点运动的最大速度，m/s；vpmax为尾砂胶结充填体塑性变形阶段质点运动的最大速度，即充填材料到达动态峰值强度时质点速度，m/s；
得到临近爆区周围分级尾砂胶结充填体进行损伤破坏范围划分
Figure BDA0002964287460000061
Figure BDA0002964287460000062
Figure BDA0002964287460000063
式中：Rw为稳定区充填体目标质点与***中心的距离，m；Rs为损伤区充填体目标质点与***中心的距离，m；Rp为破坏区充填体目标质点与***中心的距离，m；
从而得到分级尾砂胶结充填体距离爆心不同位置稳定所需控制的一次最大***量为：
Figure BDA0002964287460000064
Figure BDA0002964287460000065
Figure BDA0002964287460000066
式中：Qwmax为充填体稳定区域能承受的一次最大允许单响***量，kg；Qs为充填体完全破坏前损伤区域能承受的一次最大允许单响***量范围，kg；Qp为充填体完全破坏时一次最大单响***量，kg。
实施例2：本实施例采用大红山铜矿***现场为例；
一种***时最大单响药量的确定方法，具体步骤如下：
根据285中段B10-15线胶结矿柱的配比参数，目前分层充填的胶结充填体强度为分别为1.75Mpa和2.34Mpa，因此仅列出这两个强度的结果，于表1中，
根据已选定的萨道夫斯基经验公式，结合式14～式28和表1，计算不同强度充填体在不同爆心距位置(以验证采场第一次矿房***设计的最大段药量等效爆心距计算)达到稳定时需要的最大单响药量，具体药量控制范围见表2；
表1动载下两种强度充填体试件力学参数
Figure BDA0002964287460000071
表2不同强度胶结充填体11.24m爆心距、不同稳定区域的最大单响药量
Figure BDA0002964287460000072
表2列出了两种强度配比的充填体材料在等效爆心距为11.24m处仍然处于稳定状态时所需控制的一次最大单响药量，具体应参考上表计算结果根据现场充填体的强度分布控制深孔大***一次起爆的最大单响药量；相应的，若已确定了***方案和最大单响药量，可根据爆心位置反算不同配比充填体的稳定区域范围；然而，室内SHPB冲击实验的加载率远小于实际***荷载，可采用真实***施加***动荷载，寻找充填材料在***动荷载作用下可承受的最大振速，进而根据井下充填体的实际结构情况优化、调整***参数，以达到安全、高效回采II步矿房的生产要求。
上面对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (1)

1.一种***时最大单响药量的确定方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)根据细长杆一维纵波传播理论，质点受力和质点速度的关系式
σ＝-ρc0v (1)
式中：负号表示应力波传播过程中应力和速度方向相反，ρc0为传播介质的波阻抗，ρ为介质密度，kgm-3，c0为介质中一维纵波传播速度，ms-1；
式(1)推导出
Figure FDA0002964287450000011
σemax＝-ρc0vemax (3)
σpmax＝-ρc0vpmax (4)
式中：ρ为介质密度，kgm-3，c0为介质中一维纵波传播速度，ms-1；σemax为分级尾砂胶结充填体质点弹性变形阶段的最大动态抗压强度，MPa；σpmax为分级尾砂胶结充填体质点完全破坏时的最大动态抗压强度，MPa；vemax为尾砂胶结充填体弹性变形阶段质点运动的最大速度，m/s；vpmax为尾砂胶结充填体塑性变形阶段质点运动的最大速度，即充填材料到达动态峰值强度时质点速度，m/s；
(2)根据矿山充填情况制作胶结充填体试件，采用SHPB冲击试验得到分级尾砂胶结充填体质点弹性变形阶段的最大动态抗压强度σemax和分级尾砂胶结充填体质点完全破坏时的最大动态抗压强度σpmax，计算出尾砂胶结充填体弹性变形阶段质点运动的最大速度vemax和尾砂胶结充填体塑性变形阶段质点运动的最大速度vpmax；
(3)根据萨道夫斯基公式
Figure FDA0002964287450000012
式中：V为质点峰值振动速度，cm/s；Q为最大单响段药量，kg；R为爆心距，即测点至爆源距离，m；K为与介质和***条件因素有关的系数，α为振动衰减系数；
式(5)推导出
Figure FDA0002964287450000021
Figure FDA0002964287450000022
式中：Qemax为充填体稳定区域能承受的一次最大允许单响***量，kg；Qpmax为充填体完全破坏时一次最大单响***量，kg；
由(2)和(5)推导出
Figure FDA0002964287450000023
转化为爆心距R与动态抗压强度σ的关系式
Figure FDA0002964287450000024
(4)采用***振动记录仪监测井下现场***过程的振动速度，对井下***中充填体所收集到的临界振动速度进行最小二乘法回归分析，剔除误差测点后经软件OriginPro数据处理得到K值和α值；根据尾砂胶结充填体弹性变形阶段质点运动的最大速度vemax、尾砂胶结充填体塑性变形阶段质点运动的最大速度vpmax、K值和α值，计算出Qwmax和Qpmax；
(5)根据***区周围尾砂胶结充填体损伤破坏范围的具体判据：
充填体质点速度判据
0＜v＜vemax 稳定 (10)
vemax＜v＜vpmax 损伤 (11)
v＞vpmax 完全破坏 (12)
式中：vemax为尾砂胶结充填体弹性变形阶段质点运动的最大速度，m/s；vpmax为尾砂胶结充填体塑性变形阶段质点运动的最大速度，即充填材料到达动态峰值强度时质点速度，m/s；
得到临近爆区周围分级尾砂胶结充填体进行损伤破坏范围划分
Figure FDA0002964287450000025
Figure FDA0002964287450000026
Figure FDA0002964287450000031
式中：Rw为稳定区充填体目标质点与***中心的距离，m；Rs为损伤区充填体目标质点与***中心的距离，m；Rp为破坏区充填体目标质点与***中心的距离，m；
从而得到分级尾砂胶结充填体距离爆心不同位置稳定所需控制的一次最大***量为：
Figure FDA0002964287450000032
Figure FDA0002964287450000033
Figure FDA0002964287450000034
式中：Qwmax为充填体稳定区域能承受的一次最大允许单响***量，kg；Qs为充填体完全破坏前损伤区域能承受的一次最大允许单响***量范围，kg；Qp为充填体完全破坏时一次最大单响***量，kg。
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