D0L:10.13374h.issn1001-053x.2011.06.010 第33卷第6期 北京科技大学学报 Vol.33 No.6 2011年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2011 露天一地下联合开采中洞室群动力响应分析 任红岗”谭卓英)✉ 蔡学峰”谢智谦) 1)北京科技大学金属矿山高效开采与安全教有部重点实验室，北京1000832)江西铜业股份有限公司永平铜矿，上饶334506 ☒通信作者，E-mail:markzhy_tan@163.com 摘要利用FLAC3D软件模拟了露天爆破荷载作用下地下洞室群的动态响应.采用DTS3850测试仪实测爆破振动数据，利 用萨道夫斯基经验公式计算在最大装药量和最短爆心距情况下的爆破振动参数；将速度时程转换为应力时程，并利用FLACD 内置的Fs山函数，通过在边界节点或内部节点上输入动力荷载时程来实现动力加载，然后从塑性区、位移和应力方面对动力 模拟和静力分析结果进行比较，得出动力荷载对洞室群稳定性的影响状况.研究表明：爆破振动会加大洞室群的竖直位移，尤 其是洞室间交叉区域的位移；施加动力荷载后，对静力作用下所产生的应力集中有一定的卸荷作用，还会增大洞室壁的片帮， 但不会使洞室群整体破坏 关键词采矿：洞室群：爆破：动力分析：模拟 分类号TD76 Dynamic response analysis of caverns in opencast-underground combined mining REN Hong-gang',TAN Zhuo一img☒，CAI Xue-feng'',XIE Zhi-gian》 1)State Key Laboratory of the Ministry of Education of China for High-Efficient Mining and Safety of Metal Mines,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Yongping Copper Mine of Jiangxi Copper Company Limited,Shangrao 334506,China Corresponding author,E-mail:markzhy_tan@163.com ABSTRACT The dynamic response of underground caverns under open blasting loads was simulated with FLACsD software.On the basis of data from seismic waves measured with an IDTS3850 tester,blasting vibration parameters in the case of the maximal charge amount of explosives and the shortest blasting distance were calculated with Sadowsky's empirical formula.By conversion of the veloci- ty-time history into the stress-time history and by use of the Fish function built-in FLAC software,dynamic loading was carried out by inputting the dynamic load-time history at boundary nodes or internal nodes.After comparison between the dynamic simulation and stat- ic analysis of plastic zones,displacement and stress,the corresponding impact of dynamic loads on the stability of caverns was as- sessed.It is shown that blasting vibrations can magnify the vertical displacement of caverns,especially in intersect zones,and on the other hand,the stress concentration under static action is alleviated when a dynamic load is applied.Besides,it also aggravates the wall fall of cavities,but cannot result in overall destruction. KEY WORDS mining:caverns:blasting:dynamic analysis:simulation 我国治金矿山80%以上的矿石量来自于露采. 或运营中，往往伴随有爆破地震及天然地震的影响， 经过几十年的开采，我国大多数大中型露天矿山在 在地震荷载作用下，地下洞室变形和破坏演化直接 “十一五”期间己经进入了中后期开采，开采方式由 关系到地下洞室结构的稳定性“.常见的地震波 山坡开采转入凹陷开采，即将或者已经面临着露天 形式主要有天然地震、爆破震动和交通荷载等，爆破 转地下开采的阶段.在深部物理实验、固体C02储 地震波会对地下洞室的围岩产生损伤和扰动， 存、核废处理、大型水利水电及交通建设中，大型地 从而诱发地下洞室群失稳和岩体损伤. 下工程建设方兴未艾，使地下空间开发及地下工程 工程实践中，常用的地下洞室群动力分析方法 的洞室群稳定性分析面临艰巨的任务.洞室在开挖 有现场实测法、工程类比法和经验预测法，这些方法 收稿日期：2010-06-22 基金项目：国家高技术研究发展计划资助项目(No.2007AA062132)第 33 卷 第 6 期 2011 年 6 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 33 No． 6 Jun． 2011 露天--地下联合开采中洞室群动力响应分析 任红岗1) 谭卓英1) 蔡学峰1) 谢智谦2) 1) 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，北京 100083 2) 江西铜业股份有限公司永平铜矿，上饶 334506 通信作者，E-mail: markzhy_tan@ 163． com 摘 要 利用 FLAC3D 软件模拟了露天爆破荷载作用下地下洞室群的动态响应． 采用 IDTS3850 测试仪实测爆破振动数据，利 用萨道夫斯基经验公式计算在最大装药量和最短爆心距情况下的爆破振动参数; 将速度时程转换为应力时程，并利用 FLAC3D 内置的 Fish 函数，通过在边界节点或内部节点上输入动力荷载时程来实现动力加载，然后从塑性区、位移和应力方面对动力 模拟和静力分析结果进行比较，得出动力荷载对洞室群稳定性的影响状况． 研究表明: 爆破振动会加大洞室群的竖直位移，尤 其是洞室间交叉区域的位移; 施加动力荷载后，对静力作用下所产生的应力集中有一定的卸荷作用，还会增大洞室壁的片帮， 但不会使洞室群整体破坏． 关键词 采矿; 洞室群; 爆破; 动力分析; 模拟 分类号 TD76 Dynamic response analysis of caverns in opencast-underground combined mining REN Hong-gang1) ，TAN Zhuo-ying1) ，CAI Xue-feng1) ，XIE Zhi-qian2) 1) State Key Laboratory of the Ministry of Education of China for High-Efficient Mining and Safety of Metal Mines，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) Yongping Copper Mine of Jiangxi Copper Company Limited，Shangrao 334506，China Corresponding author，E-mail: markzhy_tan@ 163． com ABSTRACT The dynamic response of underground caverns under open blasting loads was simulated with FLAC3D software． On the basis of data from seismic waves measured with an IDTS3850 tester，blasting vibration parameters in the case of the maximal charge amount of explosives and the shortest blasting distance were calculated with Sadowsky’s empirical formula． By conversion of the veloci￾ty-time history into the stress-time history and by use of the Fish function built-in FLAC3D software，dynamic loading was carried out by inputting the dynamic load-time history at boundary nodes or internal nodes． After comparison between the dynamic simulation and stat￾ic analysis of plastic zones，displacement and stress，the corresponding impact of dynamic loads on the stability of caverns was as￾sessed． It is shown that blasting vibrations can magnify the vertical displacement of caverns，especially in intersect zones，and on the other hand，the stress concentration under static action is alleviated when a dynamic load is applied． Besides，it also aggravates the wall fall of cavities，but cannot result in overall destruction． KEY WORDS mining; caverns; blasting; dynamic analysis; simulation 收稿日期: 2010--06--22 基金项目: 国家高技术研究发展计划资助项目( No． 2007AA062132) 我国冶金矿山 80% 以上的矿石量来自于露采． 经过几十年的开采，我国大多数大中型露天矿山在 “十一五”期间已经进入了中后期开采，开采方式由 山坡开采转入凹陷开采，即将或者已经面临着露天 转地下开采的阶段． 在深部物理实验、固体 CO2 储 存、核废处理、大型水利水电及交通建设中，大型地 下工程建设方兴未艾，使地下空间开发及地下工程 的洞室群稳定性分析面临艰巨的任务． 洞室在开挖 或运营中，往往伴随有爆破地震及天然地震的影响， 在地震荷载作用下，地下洞室变形和破坏演化直接 关系到地下洞室结构的稳定性［1--2］． 常见的地震波 形式主要有天然地震、爆破震动和交通荷载等，爆破 地震波会对地下洞室的围岩产生损伤和扰动［3--6］， 从而诱发地下洞室群失稳和岩体损伤． 工程实践中，常用的地下洞室群动力分析方法 有现场实测法、工程类比法和经验预测法，这些方法 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2011.06.010