CN103745040A - 一种露天矿边坡爆破过程稳定性的分析方法 - Google Patents

Abstract

一种露天矿边坡爆破过程稳定性的分析方法属煤炭露天开采工程领域，按照以下步骤进行：（1）边坡模型的构建，（2）爆炸参数设定，（3）爆破模型构建，（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。本发明的方法表明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。

Description

一种露天矿边坡爆破过程稳定性的分析方法

技术领域

本发明涉及煤炭露天开采工程，特别是涉及一种露天矿边坡爆破过程稳定性分析方法。 

背景技术

岩体在爆破作用下将会产生破碎和损伤，其作用原理被普遍认为是爆炸冲击波与应力波和爆生气体共同作用的结果。首先爆炸产生的压应力将岩石压碎，随后环向拉应力与应变波的应力使岩石破裂，最后爆生气体的膨胀使岩石裂纹扩展，由此产生对应的爆破区域划分为压碎区、破裂区、振动区。压碎区半径一般为3-7R，而破裂区半径一般为8-150R，其中R为炮孔半径。所以破裂区是工程岩体在爆破时产生破坏的主要部分，在这个区域中的岩体虽然没有完全粉碎，但由于裂纹的出现已使其承载能力下降。在破裂区外围的振动区在动应力作用下虽然没有产生明显宏观裂缝，但其岩石力学性质已经产生一定的劣化。 

目前对爆破过程的研究尚不充分。研究一般基于连续介质理论，其模拟研究难以实现爆破岩体的碎裂过程，也无法根据实际情况控制各破碎岩块的状态，更无法就细观层面上的爆破过程进行模拟。 

尝试使用基于颗粒流的PFC3D(Particle Flow Code in3Dimensions)作为爆破过程的模拟平台，以海州矿某边坡作为模拟对象，对不同高度，埋深和装药量的起爆点进行了细观模拟。模拟了爆炸稳定后边坡形态并分析了其稳定性。 

PFC3D是Itasca公司2008年发布的一款高端产品，特别适合于复杂机理性问题研究。它是利用显式差分算法和离散元理论开发的微/细观力学程序，它是从介质的基本粒子结构的角度考虑介质的基本力学特性，并认为给定介质在不同应力条件下的基本特性主要取决于粒子之间接触状态的变化，适用研究粒状集合体的破裂和破裂发展问题、以及颗粒的流动等大位移问题。在岩土体工程中可以用来研究结构开裂、堆石材料特性和稳定性、矿山崩落开采、边坡解体、爆破冲击等一系列传统数值方法难以解决的问题。 

颗粒流理论是通过离散单元法来模拟圆形颗粒介质的运动及颗粒间的相互作用，允许离散的颗粒单元发生平移和旋转，可以彼此分离并且在计算过程中重新构成新的接触。颗粒流方法中颗粒单元的直径可以是一定的，也可按高斯分布规律分布，可以通过调整颗粒单元直径调节孔隙率。它以牛顿第二定律和力-位移定律为基础，对模型颗粒进行循环计算，采用显式时步循环运算规则。根据牛顿第二定律确定每个颗粒由于接触力或体积力引起的颗粒运动(位置和速度)，力-位移定律是根据2个实体(颗粒与颗粒或颗粒与墙体)的相对运动，计算彼此的接触力。 

颗粒流理论基于以下假设： 

1)颗粒单元为刚性体； 

2)接触发生在很小的范围内，即点接触； 

3)接触特性为柔性接触，接触处允许有一定的“重叠”量； 

4)“重叠”量的大小与接触力有关，与颗粒大小相比，“重叠”量很小； 

5)接触处有特殊的连接强度； 

6)颗粒单元为圆盘形. 

颗粒流理论的接触本构模型包括接触刚度模型、库仑滑块模型和连接模型。其中，接触刚度模型分为线弹性模型和非线形Hertz-Mindlin模型；连接模型分为接触连接模型和并行连接模型，接触连接模型仅能传递作用力，并行连接模型可以承受作用力和力矩。 

离散体和连续体主要的区别在于，离散体之间可以承受压力，但基本不承受拉力，也不能承受力矩；连续体可以承受压力、拉力和力矩。使用PFC3D中接触连接模型和并行连接模型可以满足对连续体和非连续体混合共存条件下的模拟，只是参数设置不同，采用不同的接触连接(Contact-Bond)和平行连接(Parallel-Bond)对颗粒进行设置，以模拟砂岩层、砂质泥岩层、砂岩层、煤层、泥岩和砂质页岩不同的拉、压、剪的性质。 

边坡的模型建立使用通常的PFC3D的建模步骤，根据PFC3D用户手册PROBLEM SOLVING WITH PFC^3D中的介绍，岩土问题数值分析的一般步骤如图1所示。 

对于任意建模过程，具体来说包括：颗粒的生成、边界条件和初始条件的设置、选择接触模型和材料属性、加载，解算和模型修改、结果分析。国内对于PFC3D建模研究不多，建立尾矿库模型的颗粒流实际模型步骤，如图2所示。 

发明内容

针对上述问题，本发明基于能量守恒理论，假设爆炸时刻产生的能量全部由爆点周边一定范围内的岩体承受，并转化为动能，进而能量在碎裂的岩块中传递、吸收，最终达到平衡，爆炸过程结束；使用颗粒流理论的PFC3D作为模拟平台，模拟了在露天矿边坡内，不同高度、埋深和装药量的单孔爆破过程，并对爆破后边坡稳定性做了论述。 

本发明提供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，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。 

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： 

$\left\{\begin{array}{c}J=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{2}{m}_i{v}_i^2\\ J_k=J\×{\mathrm{\α}}_k,k=\mathrm{1,2,3}\\ {\mathrm{\α}}_1+{\mathrm{\α}}_2+{\mathrm{\α}}_3=1\end{array}\right.;---\left(1\right)$

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；α_k表示三个区域分配能量的系数，α_1～3分别为10％、80％、10％。 

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： 

$\left\{\begin{array}{c}{J}_j=J_k\×{\mathrm{\β}}_j\\ {\mathrm{\β}}_j=\frac{{\mathrm{\θ}}_j}{360}\\ {\mathrm{\θ}}_j=2\arctan \frac{r_j}{\sqrt{{(x_j-x_0)}^2+{(y_j-y_0)}^2}}\end{array}\right.;---\left(2\right)$

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

步骤(3)中爆炸初始瞬间速度，对颗粒速度的确定模型如下： 

$\left\{\begin{array}{c}{J}_j=\frac{1}{2}{m}_j{v}_j^2\\ v_j^2=v_{\mathrm{jx}}^2+v_{\mathrm{jy}}^2\\ \frac{v_{\mathrm{jx}}}{v_{\mathrm{jy}}}=\frac{x_j-x_0}{y_j-y_0}\end{array}\right.;---\left(3\right)$

r_j表示O_j的半径/m；(x₀，y₀)表示爆炸点坐标；(x_j，y_j)表示O_j的坐标；v_jx，v_jy分别表示v_j在x和y方向上的分量，m/s。 

爆破后边坡形状特征及其形成原因：下层砂岩滑落坍塌，砂质泥岩滑落坍塌，上层砂岩稳定，下层砂岩和砂质泥岩形成的稳定边坡较原边坡斜率减小，原因是爆炸破坏了原岩体内颗粒的链接强度，导致新形成的边坡斜率减小；下层砂岩滑落和砂质泥岩滑落坍塌不明显，但形成边坡表面凹凸，边坡斜率不变，上层砂岩稳定，原因是爆炸使原本排列整齐的砂岩和砂质泥岩颗粒重新摆列，造成体积变大；下层砂岩有凹陷，砂质泥岩滑落坍塌，上层砂岩稳定，原因是炸药过多使较多颗粒被炸飞散，导致体积减小；砂质泥岩凹陷，下层砂岩基本不变形，上层砂岩稳定，原因是炸药过多使较多颗粒被炸飞散，导致体积减小，上层砂岩轻度较高不发生坍塌；下层砂岩和砂质泥岩坍塌不明显，最终形成的边坡为圆弧形，上层砂岩稳定，原因是炸药爆炸产生能量多数被岩体吸收，颗粒飞出较少，颗粒重分布使体积增加。 

由于PFC3D建模的特殊性，结合实际观测边坡(砂岩、砂质泥岩、砂岩)自由面裂缝间隔一般在0.8m到1.2m之间，故将颗粒(ball)半径设为0.8～1.2m的正太分布。煤层根据实际调查的节理裂隙等特点将颗粒(ball)半径设为0.5～1m的正太分布。考虑到泥岩和砂质页岩在矿场地平面以下，且在煤层以下，煤的自然对这两层岩体的影响较小，所以模型的下边界定为煤层与泥岩的交界面。 

爆破点的设置如图4所示。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左右。A1、B1、C1距边坡自由面5m左右，A2、B2、C2距边坡自由面10m左右，A3、B3、C3距边坡自由面20m左右。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。 

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如何设置；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。 

假设炸药的能量转化为颗粒动能。设R＝0.07m，考虑到爆炸区域的划分，压缩区范围较小，为[0.21m，0.59m]；振动区主要吸收残余能量起阻尼作用，不发生断裂；破裂区主要承受爆炸能量，碎裂并飞溅，炸药化学能转化为动能。故设压缩区、破裂区、振动区能量分配为10％、80％、10％，如式(1)所示。由于爆炸位置颗粒直径在0.8m到1.2m，所以可认为压缩区集中在炸点的颗粒内。振动区不发生破碎所以所吸收的能量不转化为动能。综上，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。对于颗粒的动能分配，见图5及式(2)，对颗粒速度的确定见图5及公式(3)。 

$\left\{\begin{array}{c}J=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{2}{m}_i{v}_i^2\\ J_k=J\×{\mathrm{\α}}_k,k=\mathrm{1,2,3}\\ {\mathrm{\α}}_1+{\mathrm{\α}}_2+{\mathrm{\α}}_3=1\end{array}\right.---\left(1\right)$ $\left\{\begin{array}{c}{J}_j=J_k\×{\mathrm{\β}}_j\\ {\mathrm{\β}}_j=\frac{{\mathrm{\θ}}_j}{360}\\ {\mathrm{\θ}}_j=2\arctan \frac{r_j}{\sqrt{{(x_j-x_0)}^2+{(y_j-y_0)}^2}}\end{array}\right.---\left(2\right)$ $\left\{\begin{array}{c}{J}_j=\frac{1}{2}{m}_j{v}_j^2\\ v_j^2=v_{\mathrm{jx}}^2+v_{\mathrm{jy}}^2\\ \frac{v_{\mathrm{jx}}}{v_{\mathrm{jy}}}=\frac{x_j-x_0}{y_j-y_0}\end{array}\right.---\left(3\right)$

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；α_k表示三个区域分配能量的系数，α_1～3分别为10％、80％、10％；J_j表示某区域其中一个颗粒O_j分配的能量/J；β_j表示O_j分配能量的系数；θ_j表示O_j对爆炸点的圆心角/°；r_j表示O_j的半径/m；(x₀，y₀)表示爆炸点坐标；(x_j，y_j)表示O_j的坐标；v_jx，v_jy分别表示v_j在x和y方向上的分量，m/s。 

另一方面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，对破裂区范围内的颗粒之间链接力设为0，并调整颗粒的接触连接(Contact-Bond)和平行连接(Parallel-Bond)使其只承受压力，不承受拉力和剪力。对振动区只产生劣化作用，故根据颗粒位置到破裂区距离线性改变颗粒的链接属性，靠近破裂区的颗粒链接属性减小且接近破裂区内颗粒属性，远离破裂区的颗粒属性接近正常，这里规定超过300R的颗粒不受爆破影响。 

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。 

使用上述模拟过程，分别对不同位置、埋深和装药量的爆破进行模拟，由于篇幅，将27种(9个爆破点×3种装药量)爆破结果总结为如下5种情况，如图8所示。 

本发明基于能量守恒理论，假设爆炸时刻产生的能量全部由爆点周边一定范围内的岩体承受，并转化为动能，进而能量在碎裂的岩块中传递、吸收，最终达到平衡，爆炸过程结束；使用颗粒流理论的PFC3D作为模拟平台，模拟了在露天矿边坡内，不同高度、埋深和装药量的单孔爆破过程，并对爆破后边坡稳定性做了论述。结果表明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。 

附图说明

图1岩土数值分析的推荐步骤， 

图2颗粒流实际模型建立的流程图， 

图3模型示意图， 

图4爆破点的设置， 

图5动能与速度转化示意图， 

图6A3的爆炸初始速度矢量， 

图7爆破过程速度矢量图， 

图8不同情况下爆破后边坡形态总结，其中A1-1表示爆炸点A1炸药量为1kgTNT的情况下，爆破计算稳定后边坡形态。 

具体实施方式

海州露天煤矿，位于阜新车站东南3km处，在阜新市区南部太平区境内。全矿占地26.82km²，其中，采场6km²，排土场及排矸厂14.8km²，工业广场3.84km²，住宅及生活设施2.18km²。露天煤田最大范围为西端最大边界为W9+50m，东端最大边界为E29+50，东西长3.9km；南端最大边界为S5+00m，北端最大边界为N13+00m，南北宽1.8km。地表海拔标高为+165～+200m，平均+175m。地势东南高，西北低。露天矿设计开采深度为350m。 

某边坡水平(x方向)长271m，高(z方向)157m，地质条件复杂，从上到下斜向分布着砂岩、砂质泥岩、砂岩、煤层、泥岩和砂质页岩，倾角约为-15°。由于PFC3D建模的特殊性，结合实际观测边坡(砂岩、砂质泥岩、砂岩)自由面裂缝间隔一般在0.8m到1.2m之间，故将颗粒 (ball)半径设为0.8～1.2m的正太分布。煤层根据实际调查的节理裂隙等特点将颗粒(ball)半径设为0.5～1m的正太分布。考虑到泥岩和砂质页岩在矿场地平面以下，且在煤层以下，煤的自然对这两层岩体的影响较小，所以模型的下边界定为煤层与泥岩的交界面。相关参数如表1所示。 

表1物理力学参数 

整个模型长(x方向)337m、高(z方向)207m，考虑到主要研究的是边坡剖面，且只在竖直(z方向)受重力作用及颗粒直径等因素，确定模型宽(y方向)为2.5m。模型示意如图3所示。 

爆破点的设置如图4所示。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左右。A1、B1、C1距边坡自由面5m左右，A2、B2、C2距边坡自由面10m左右，A3、B3、C3距边坡自由面20m左右。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。 

就上述爆炸模型进行模拟，使用A3爆炸点(如图6)进行说明，A3点100kgTNT模拟，爆炸过程较完整，如图7所示。 

由于篇幅所限，不能全景展示爆炸过程，但是从图7中仍可以对使用PFC3D进行爆炸模拟进行论述。动力计算中1步约等于1ms。0步时是对边坡内颗粒作初始量分配，也可见图6所示。从爆炸点A3向外辐射速度矢量，接近爆破点的颗粒速度矢量大，外围颗粒的速度小。这次爆炸当量较大，当使用1kgTNT起爆后的效果截然不同，速度矢量在模拟过程中会向外扩散，然后向内，经过几次震荡后平衡。200步时，靠近边坡自由面的颗粒向外飞出，速度矢量只受重力影响减小不明显；其余部分方向的颗粒速度矢量减小明显，颗粒向四周移动与外围颗粒挤压，同时向外围颗粒传递能量。500步时边坡方向颗粒继续向外移动，其余方向颗粒由于连续的向四周运动，将动能转化为弹性势能(PFC3D中颗粒不能破碎)。图中显示边坡内部颗粒速度矢量与爆炸时的速度矢量相反，这是由于压缩到达极限后，弹性势能释放转化为动能造成的，这也是这个爆炸过程中的唯一一次速度矢量的震荡。从720步到1340步保持 了颗粒的返回震荡特征，颗粒向爆炸中心移动。前1340步主要是由于爆炸产生的能量促使颗粒移动产生的破坏，这个过程中爆炸是主导能量，由于时间较短，重力几乎不起作用。从1340开始，爆炸能量逐渐消散，爆点上方没有飞散出去的颗粒开始由于重力作用塌方。由于爆炸冲击波在破裂区、振动区的震动，使原有岩体结构发生破坏(通过模型进行调整)，颗粒间的链接强度下降，所以颗粒的塌落不是整体性的，而是分层下落的，见图1340步～8090步。到14090步大范围的颗粒塌落已经结束，颗粒开始进行局部调整，主要是模拟滚石等颗粒。图20590步上的三个明显下降颗粒是爆炸时，边坡附近飞散出去的颗粒掉落回来的(其他飞散颗粒有些掉落到模型的其他位置，有些飞出研究区域)。图26590步显示了最后的滚石颗粒的模拟，为显示清晰进行了放大，一些颗粒仍在滚落，砂岩坡脚部分已经坍塌，并有滚石出现。计算达到平衡，边坡自由面重新变得平缓，可以看出下层砂岩缺失了相当一部分颗粒，这些颗粒就是被炸除的。 

综上，这个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。 

使用上述模拟过程，分别对不同位置、埋深和装药量的爆破进行模拟，由于篇幅，将27种(9个爆破点×3种装药量)爆破结果总结为如下5种情况，如表2所示。 

总体上说，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。 

根据上述模拟，对海州露天煤矿进行爆破，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，与本发明的模拟结果基本相符合。 

Claims (4)

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。

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