胶结充填体动力试验及其爆破响应模拟研究

吴振坤¹，金爱兵^2,3，陈帅军^2,3

1. 山东金鼎矿业有限责任公司2. 北京科技大学土木与资源工程学院3. 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室

摘 要：空场嗣后充填采矿方法被越来越多地应用到地下金属矿床开采中,胶结充填体不仅要承受上部静荷载,还要面临二步骤采矿爆破冲击,因此研究胶结充填体动力学特性及其爆破响应对于保证采矿安全具有重要意义。通过单轴抗压强度（UCS）以及霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bars,SHPB）对胶结充填体进行动静载试验,在此基础上,应用ANSYS/LS-DYNA软件对二步回采过程中的胶结充填体爆破响应特征进行了模拟研究。结果表明:①胶结充填体动抗压强度随着应变速率增加而增加,近似为线性关系,高应变条件下,其动抗压强度约为静抗压强度的2倍;②二步骤采矿爆破时充填体保护层厚度对振动响应速度和有效应力有明显影响,因而有必要为充填体预留设足够厚度的保护层,否则会导致充填体振动响应速度和有效应力过大;③起爆方式对胶结充填体爆破响应也有明显影响,孔口起爆时,保护层厚度要大于1.5 m才能满足充填体安全要求,而孔底起爆时,保护层厚度需达到1.8 m。上述分析对于充填采矿中胶结充填体强度以及二步回采中保护层厚度、起爆方式设计具有一定的参考意义。

关键词：充填开采;胶结充填体;霍普金森压杆试验;爆破响应;LS-DYNA;数值模拟;