·648 北京科技大学学报 第33卷 能一定程度上反映地下洞室群在动力作用下的影 区共计探明铜金属储量131万t.随着露采的加深， 响，但爆破震动影响是一个瞬态动力问题，这些方法 开采条件不断恶化，为使矿山持续稳产，降低开采成 不能反映出洞室群在爆破震动全过程的变化规律， 本，提高经济效益，采用露天一地下联合开采方案 不能满足经济效益较高工程的安全评价要求，因此 永平铜矿首采采区设在Ⅱ矿体，该矿体属缓倾斜中 需利用现场实测数据进行爆破模拟震动分析，这样 厚矿体，矿体厚度大于15m,矿体倾角为40°~50°， 可以系统地研究爆破作用下围岩的动应力场分布规 矿岩属中等稳固到稳固.根据矿体的赋存条件及矿 律切，并且可以反映动静应力场的叠加作用机理。 岩稳固性特性，采用分段空场嗣后充填采矿法，回采 在解决爆破震动非线性动力分析问题上，常用的动 顺序为先采矿柱，采完矿柱后进行胶结充填，然后再 态分析主要是有FLAC3D、ANSYS和LS-DYNA,这些 采矿房，矿房采用尾砂充填. 软件都考虑了岩体的非均质和不连续性，能够给出 目前，永平铜矿地下开采矿房正处于露天开采 岩体的应力、应变大小和分布，可以近似地根据应 的直接底板下部，露天生产爆破的炸药量达15~ 力、应变规律去分析洞室的变形破坏机制，但后两者 30td-1,单孔装药量达到420kg.显然，日常生产爆 对于无限域、应力集中等问题的求解还不够理想. 破将产生巨大的爆破冲击波，爆破地震效应将十分 有限差分软件FLAC”优势在于求解动力问题，且求 强烈，这势必严重影响地下洞室群的稳定，给矿山生 解速度较快，使得其能够很好地解决非线性动力分 产安全造成威胁.为此，需进行联合开采期间地下 析问题，可用于岩土开挖及地震动力响应分析诸多 领域网 洞室群稳定性分析 本文以永平铜矿露天一地下联合开采为工程背 2计算分析 景，研究地下洞室群在开挖、采矿活动和露天爆破作 用下的响应特性.采用DTS3850测试仪器，深入地 2.1计算模型 根据前期地质资料及勘探成果，本次计算区域 下洞室群不同区域，对露天爆破震动进行现场实测， 将实测数据输入FLAC3D软件中进行模拟，分析爆破 选择Ⅱ一4矿体及周边围岩.计算区域尺寸为长 荷载对洞室群围岩稳定性的影响，从塑性区、位移和 350m,宽200m,高280m.实验采场位于该区域的 应力方面对动力模拟和静力分析结果进行比较，得 中部，即-87~-50分段.洞室群由出矿横巷、出矿 出动力荷载对洞室群稳定性的影响状况，查清其不 进路及凿岩洞室构成，呈交叉布置.洞室高度为 稳定因素影响的程度.通过对矿山露天一地下联合 3.4~4.0m,宽度为4.0m.上边界取至地表，下边 开采间的相互影响即地下洞室群工程稳定性问题进 界距离实验采场底板43m,左右边界距离实验采场 行研究，验证己开挖洞室在现有的因素影响下的安 为75m.模型选取地理北偏西方向为X方向，竖直 全稳定性，为联合开采期间的生产安全提供依据和 方向为Z方向.按岩性参数的不同，可将模型分为 建议. 四个区域，即矿体、混合岩、花岗岩和灰岩，该模型共 有70020个单元和81915个节点，模型的整体和研 1工程概况 究区域的FLAC3D网格如图1所示 永平铜矿位于江西省上饶地区铅山县境内，矿 洞室群稳定性分析主要从三个阶段比较分析， 矿体 混合岩 花岗斑岩 已灰岩 图1计算模型.(a)整体计算模型：(b)研究区域（红色部分） Fig.1 Computation model:(a)whole-body computation model:(b)studied area (colored in red)北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 能一定程度上反映地下洞室群在动力作用下的影 响，但爆破震动影响是一个瞬态动力问题，这些方法 不能反映出洞室群在爆破震动全过程的变化规律， 不能满足经济效益较高工程的安全评价要求，因此 需利用现场实测数据进行爆破模拟震动分析，这样 可以系统地研究爆破作用下围岩的动应力场分布规 律［7］，并且可以反映动静应力场的叠加作用机理． 在解决爆破震动非线性动力分析问题上，常用的动 态分析主要是有 FLAC3D、ANSYS 和 LS-DYNA，这些 软件都考虑了岩体的非均质和不连续性，能够给出 岩体的应力、应变大小和分布，可以近似地根据应 力、应变规律去分析洞室的变形破坏机制，但后两者 对于无限域、应力集中等问题的求解还不够理想． 有限差分软件 FLAC3D 优势在于求解动力问题，且求 解速度较快，使得其能够很好地解决非线性动力分 析问题，可用于岩土开挖及地震动力响应分析诸多 领域［8］． 图 1 计算模型． ( a) 整体计算模型; ( b) 研究区域( 红色部分) Fig． 1 Computation model: ( a) whole-body computation model; ( b) studied area ( colored in red) 本文以永平铜矿露天--地下联合开采为工程背 景，研究地下洞室群在开挖、采矿活动和露天爆破作 用下的响应特性． 采用 IDTS3850 测试仪器，深入地 下洞室群不同区域，对露天爆破震动进行现场实测， 将实测数据输入 FLAC3D 软件中进行模拟，分析爆破 荷载对洞室群围岩稳定性的影响，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，查清其不 稳定因素影响的程度． 通过对矿山露天--地下联合 开采间的相互影响即地下洞室群工程稳定性问题进 行研究，验证已开挖洞室在现有的因素影响下的安 全稳定性，为联合开采期间的生产安全提供依据和 建议． 1 工程概况 永平铜矿位于江西省上饶地区铅山县境内，矿 区共计探明铜金属储量 131 万 t． 随着露采的加深， 开采条件不断恶化，为使矿山持续稳产，降低开采成 本，提高经济效益，采用露天--地下联合开采方案． 永平铜矿首采采区设在Ⅱ矿体，该矿体属缓倾斜中 厚矿体，矿体厚度大于 15 m，矿体倾角为 40° ～ 50°， 矿岩属中等稳固到稳固． 根据矿体的赋存条件及矿 岩稳固性特性，采用分段空场嗣后充填采矿法，回采 顺序为先采矿柱，采完矿柱后进行胶结充填，然后再 采矿房，矿房采用尾砂充填． 目前，永平铜矿地下开采矿房正处于露天开采 的直接底板下部，露天生产爆破的炸药量达15 ～ 30 t·d － 1 ，单孔装药量达到 420 kg． 显然，日常生产爆 破将产生巨大的爆破冲击波，爆破地震效应将十分 强烈，这势必严重影响地下洞室群的稳定，给矿山生 产安全造成威胁． 为此，需进行联合开采期间地下 洞室群稳定性分析． 2 计算分析 2. 1 计算模型 根据前期地质资料及勘探成果，本次计算区域 选择Ⅱ--4 矿体及 周 边 围 岩． 计算区域尺寸为长 350 m，宽 200 m，高 280 m． 实验采场位于该区域的 中部，即 － 87 ～ － 50 分段． 洞室群由出矿横巷、出矿 进路及凿岩洞室构成，呈交叉布置． 洞室高度为 3. 4 ～ 4. 0 m，宽度为 4. 0 m． 上边界取至地表，下边 界距离实验采场底板 43 m，左右边界距离实验采场 为 75 m． 模型选取地理北偏西方向为 X 方向，竖直 方向为 Z 方向． 按岩性参数的不同，可将模型分为 四个区域，即矿体、混合岩、花岗岩和灰岩，该模型共 有 70 020 个单元和 81 915 个节点，模型的整体和研 究区域的 FLAC3D 网格如图 1 所示． 洞室群稳定性分析主要从三个阶段比较分析， ·648·