[发明专利]一种露天矿边坡爆破过程稳定性的分析方法

权利要求书

1.一种露天矿边坡爆破过程稳定性的分析方法，以颗粒流理论的PFC3D作为模拟平台，其特征在于按照以下步骤进行：

（1）边坡模型的构建：将边坡(砂岩、砂质泥岩、砂岩)颗粒(ball)半径设为0.8~1.2m的正太分布，煤层颗粒(ball)半径设为0.5~1m的正太分布；模型的下边界定为煤层与泥岩的交界面；

（2）爆炸参数设定：由于PFC3D中颗粒生成的随机性，爆破点的位置只能选择距预定位置最近的一个球，作为炸药位置；爆点A1、A2、A3在下层砂岩内，B1、B2、B3在砂质泥岩内，C1、C2、C3在上层砂岩内，他们分别距所在层下构造面10m；A1、B1、C1距边坡自由面5m，A2、B2、C2距边坡自由面10m，A3、B3、C3距边坡自由面20m；上述9个爆点都作三次爆破模拟，三次的装药量分别是1kg、10kg、100kgTNT；

（3）爆破模型构建：根据爆破区域划分：爆破压碎区、破裂区、振动区；压碎区半径R₁一般为3-7R，而破裂区半径R₂一般为8-150R，其中R为炮孔半径；

从两个方面对PFC3D构造的边坡模型中颗粒进行爆破初始瞬间状态的设置，一是考虑炸药的能量转化为颗粒动能设置；二是考虑爆炸瞬间释放的气体等冲击波对岩体造成的碎裂和劣化作用；

爆炸过程可以分为三个阶段，1340步前，主要是爆炸冲击起主导作用，有速度矢量的回荡现象；1340步至14090步是重力占优势的上覆岩层塌落过程；最后颗粒下滑局部调整过程，最后平衡；

（4）对上述爆破进行边坡稳定性分析，结果显示上述各种爆破后上层砂岩是稳定的，即坡顶是稳定的，下层砂岩和砂质泥岩会受到一定程度的破坏，但是没有发生大面积的滑坡，是可控范围内的。

2.根据权利要求1所述的一种露天矿边坡爆破过程稳定性的分析方法，其特征在于步骤（3）中的的颗粒动能设置，设压缩区、破裂区、振动区能量分配为10%、80%、10%，区域动能分配模型如下：

 ；（1）

式中，J为爆炸总能量，/J；m_i表示颗粒i的质量，kg/m³；v_i表示颗粒i的速度，m/s；J_k表示三个区域分配的能量，k=1,2,3 /J，分别表示压缩区、破裂区、振动区；表示三个区域分配能量的系数，分别为10%、80%、10%。

3.根据权利要求1所述的一种露天矿边坡爆破过程稳定性的分析方法，其特征在于步骤（3）中动能的分配主要集中在破裂区，在PFC3D中对颗粒施加速度是方便的，通过炸药的化学能转化为动能，根据动能公式，将每个颗粒得到的动能转化为颗粒的爆炸初始瞬间速度，即可以实现对爆炸的模拟，颗粒的动能分配模型如下：

          ；（2）

J_j表示某区域其中一个颗粒O_j分配的能量 /J；表示O_j分配能量的系数；表示O_j对爆炸点的圆心角 /°。

4.根据权利要求1所述的一种露天矿边坡爆破过程稳定性的分析方法，其特征在于步骤（3）中爆炸初始瞬间速度，对颗粒速度的确定模型如下：

  ； （3）

表示O_j的半径/m；表示爆炸点坐标；表示O_j的坐标；分别表示在x和y方向上的分量，m/s。