根据武钢大冶尖林山铁矿开采的实际情况及研究现状,采区-170m~-110m水平间矿体不大,总矿量仅为67万吨,开采的矿体分布高度较大,矿体形状复杂,如用无底柱分段崩落法开采则因有采准工程量大、大型设备无法施展、产量低、贫化损失较大,开采成本较高等不利因素而不适合,继续采用此法开采明显不能满足大冶铁矿生产经营的需要。更重要的是,要弥补-110m中段以上产量快速下降,且优化开采经济技术指标,充分回收宝贵的矿石资源,创造经济效益,且符合大冶铁矿采矿改用充填法的总体战略方向。因此,大冶铁矿决定实施矿体上向分层充填开采工程。为达到尖林山矿体开采最大限度回收矿石,减少贫化的要求,回采采用小直径浅孔炮眼爆破。在采用小直径浅孔回采爆破方案生产实践过程中,由于爆破频次比较多、药量集中、地下采矿空间密闭等原因,回采爆破效应对采矿工程与充填体的破坏影响是客观、难免的,回采爆破显现的动态破坏效应主要表现在两个方面:其一,爆源体周围采切采场岩体受到的强烈爆破振动作用;其二,爆源体附近的矿柱受到的炸药爆炸应力波与爆破震动波作用[3~4]。特别是采用矿房矿柱两步骤回采,后期回采爆破所产生的爆炸应力波与爆破震动波动态作用,使邻近已回采矿柱的充填体损伤或破坏。随着开采深度的进一步增加,垂直原岩应力分量不断增大,而充填体的强度指标却远远小于矿体,这使得采矿矿柱受到破坏的可能性加剧,失稳现象增多[5~8];再者,设计采用的上向分层充填采矿方法主要是借充填体封闭采空区,达到控制开采过程中的地压和地表塌陷目的,但随着开采深度的不断增加,安全开采对充填体的物理、力学性能等受力强度要求会越来越高。特别是在回采爆破多频次爆破有害效应的反复作用下,使得强度已经弱化了的采场洞室围岩体和采场附近充填体受到进一步的损伤,严重影响了采场与充填体的稳定,这对尖林山铁矿深部开采过程中的岩层控制极为不利。论文结合尖林山铁矿-170m~-110m开采技术条件与采场生产实际,对尖林山铁矿现场工程地质进行勘察与分析,通过回采爆破相应的数值模拟和理论计算分析的对比,了解回采爆破在采场炮孔周边和充填体中的传播效应特性,对爆破参数中的炮孔间距、最小抵抗线和边孔距进行优化;提出控制有害爆破震动效应影响的综合安全技术措施,对于提高爆破效果和爆破效率,保证采矿巷道和充填体的稳定,确保矿山安全生产有着重要的理论和实际意义。主要研究内容及成果如下:1、浅孔爆破应力波传播规律研究。选取合适的爆破参数,建立完整的矿房矿柱数值模拟模型,对炮孔周边和矿柱上的应力波的传播规律进行分析,通过与炮孔周边最大有效应力的理论计算分析作对比,可以得到如下结论:(1)数值模拟研究均采用柱状装药形式,应力波以炮孔装药的轴线成柱形向外传播;多个炮孔叠加后的应力波呈组合柱状,与球药包装药爆炸应力波有一定的区别。当应力波传播到自由面上时,应力波优先向自由面炮孔连线中心方向发展,验证了柱状装药结构时的柱面应力波传播理论;(2)同一水平的孔底、炮孔中部、孔口的有效应力和压应力存在差异,这与装药结构和起爆方式相关;同一水平质点振动速度下部最大,加之孔口质点接近临空面,质点振动速度因而大于中部和孔底值,验证了自由面对爆破作用的影响;(3)理论计算有效应力值因衰减系数的选取而存在很大的差异,采用衰减系数公式 计算的结果与数值模拟计算结果比较接近,而其他三种计算的有效应力值相差较多,说明衰减系数 计算公式适用于尖林山铁矿研究区域;(4)通过对矿柱上单元最大质点振动速度的分析得出:距离自由面的远近和应力波的传播均对质点振动速度有很大的影响,距离自由面较近时自由面对质点振动速度的影响较大,距离较远时,应力波的影响较大;(5) 当开采矿房时,围岩稳定性较好,可以选取深度为3m的炮孔;当开采矿柱时,围岩变为充填体,抗压强度和抗拉强度明显降低,炮孔选取2m或者2.5m比较合适。2、浅孔爆破炮孔间距优化研究。通过对矿区采场结构的分析,结合现场工程地质条件和围岩矿体的物理参数,对爆破参数范围内的不同炮孔间距和最小抵抗线分别进行数值模拟计算。通过模拟与分析得到如下结论:在炮孔深度为2.0m和2.5m时采用1.0m炮孔间距微差爆破进行采矿,在炮孔深度为3.0m时采用1.2m炮孔间距微差爆破进行采矿。 3、浅孔爆破边孔距优化研究。分开采矿柱和开采矿房两种情况时,对不同边孔距分别进行数值模拟计算,得到如下结论:当开采矿房时,采用的爆破参数为炮孔深度3.0m、炮孔间距和最小抵抗线1.2m、边孔距1.5m;当开采矿柱时,采用的爆破参数为炮孔深度2.0m、炮孔间距和最小抵抗线1.0m、边孔距1.5m或者炮孔深度2.5m、炮孔间距和最小抵抗线1.0m、边孔距2.0m。