基于相似模型和PBM-FEM-DEM耦合算法的大结构采场爆破参数优化

摘要

为解决大结构参数无底柱分段崩落法开采中大块率高、后排矿体损伤严重等棘手难题，以弓长岭井下矿大结构参数采场为研究对象，借助超动态应变监测系统，捕获了不同装药结构及起爆方式下相似模型后排应变场动态演化特性；通过高斯-高丁-舒曼分布函数描述了块度分布特征；建立了PBM-FEM-DEM耦合数值计算新方法，构建了工程尺度下不同装药结构及延迟起爆方式下的数值模型，揭示了不同装药结构及起爆方式下爆破块度抛掷过程、块度分布特征及损伤演化机理；确定了大结构参数采场合理的装药结构及起爆方式，进而提出了适用于大结构参数采场“空气间隔装药+倒V型延迟起爆”的爆炸能量高效利用与损伤控制技术.研究结果表明：空气间隔装药重合系数为0.5、倒V型延迟起爆下，爆破块度大块和小块数量较少，爆破块度分布均匀性适中.相似模型后排各测点应变峰值最小为1.68×10^-3,1.08×10^-3和0.27×10^-3.同时，在该起爆方式下，DEM离散元区域爆破块度适中和后排矿体损伤程度最小.研究成果可为相近工况条件下，大结构参数采场爆破装药结构设计及起爆方式优化提供参考.

关键词

大结构参数 / 爆破 / 块度 / PBM-FEM-DEM耦合 / 损伤

基金资助

国家自然科学基金重大科研仪器研制项目(52227805); 国家重点研发计划项目(2023YFC2907302); 中央高校基本科研业务费-中国矿业大学(北京)博士研究生拔尖创新人才培育基金项目(BBJ2024085)