无底柱分段崩落法于二十世纪六十年代中期从瑞士引进中国，该方法在地下矿山开采中得到了迅速推广，特别是在金属矿山中的应用尤为广泛。该法矿石产出量在冶金地下矿山中所占比例达到90％以上。无底柱分段崩落法是将矿体先分为多个阶段，并用分段回采巷道将阶段划分为若干分段，各分段不设放矿的底部结构，不留残余矿柱，由上至下对各分段进行回采作业，之后由崩落的废石填充采空区。采用中深孔爆破进行落矿，因其具有放矿规模大、钻孔工作量小，工艺简单等明显优势，而在无底柱分段崩落法中得到广泛的应用。但是中深孔崩矿也存在一些缺点:因其为扇形装药，孔底药量集中，孔顶药量少，当前排炮孔爆破时，会导致下一排已经成型的炮孔的孔口破坏甚至使炮孔中段的贯通，造成眉线破坏现象。众所周知，炸药能量一部分用于冲击破岩，另一部分转化为爆生气体的能量形成空气冲击波，在巷道空气中传播。经过巷道内壁的反射叠加，冲击波得到放大，对巷道内的监测仪器、采矿设备甚至是人员造成伤害，危害到采矿工作安全高效进行。因此研究地下采矿巷道内的爆破动载作用效应，对于提高采矿效率、保证采矿安全有着重要意义，同时对完善爆炸动载作用机理有促进作用。　　 大冶铁矿是典型的采用无底柱分段崩落法采矿的矿山，具有一百多年的开采历史，前期采用露天开采。随着开采作业的进行，采坑逐渐加深。因露天开采形成的高边坡的稳定性难以得到保证，露天矿体资源枯竭，开采成本在增大，在2002年全面转入地下开采阶段。大冶铁矿东采区地下开采使用中深孔无底柱分段崩落法进行落矿，采矿阶段高度为60m，每一分段高度为12m，巷道的进路间距为10m，崩矿步距1.6m～2.0 m，崩矿炸药选用二号岩石炸药。炮孔呈扇形辐射布置，孔口药量密而孔底疏。矿区-72m水平目前已经开采完毕，目前主要的落矿水平为-84m和-96m水平。开采中也出现了中深孔无底柱分段崩落法爆破采矿的一些弊病，如大块率过高，带眉线口破坏、空气冲击波对巷道内管线和仪器设备的破坏等现象。　　 基于上述原因，结合大冶铁矿东采区地下采场无底柱分段崩落法采矿实际，对爆破采矿动载效应进行研究。爆炸效应包括近区的空气冲击波、应力波效应和中远区震动效应。因监测爆破中远区震动效应的仪器设备和研究方法都已经趋于成熟，研究成果也便于验证，现在对中远区震动效应的研究有关文献和著作较多，而对爆炸近区的应力波、巷道中空气冲击波的研究较少。同时，爆破动载效应机理作为动力学的前沿热点问题，其相关研究对完善爆破理论有很大意义。　　 综上所述，本文以“无底柱分段崩落法中深孔爆破近区效应研究”为选题，拟采用数值模拟、理论计算、经验公式计算等研究手段，对爆炸近区应力波和空气冲击波的传播机理进行研究，在得出应力波和冲击波传波规律的基础上，对动载破坏效应进行分析，提出控制破坏效应的方法。　　 论文的主要研究内容和成果有如下几个方面:　　 (1)中深孔采矿爆破应力波传播规律研究　　 通过现场声波测试，以及对矿区的工程地质条件、采矿工艺特点的分析，获得了矿岩体的物理力学特性及其中深孔爆破的特点。在此基础上，研究并建立与生产实际一致的中深孔爆破数值模型，采用LS-DYNA3D数值模拟方法，研究了爆破应力波的作用机理;采用岩体爆破应力波理论和半理论半经验的相结合的方法，研究了中深孔爆破应力波的传播规律。数值模拟结果表明:距爆心距10倍半径范围内爆炸能量衰减剧烈（呈指数衰减），10倍炮孔半径范围之外衰减变缓，能量传播较远;同一采矿水平，矿体中部的最大有效应力值大于上部和下部值，而最大质点振动速度是下部矿体最大。验证了自由面对爆炸能量利用有提高作用。半理论半经验计算分析结果表明，应力波衰减系数选取对计算结果影响很大，当衰减系数为α2、α3时，计算结果与模拟结果吻合，表明衰减系数α2、α3与大冶铁矿工程条件相吻合。　　 (2)中深孔爆破应力波有效破岩范围研究　　 论文结合中深孔采矿爆破生产实际，分别建立了崩矿步距为1.4m、1.6m和1.8m的三种中深孔爆破数值模型，采用动力有限元数值模拟方法计算分析单排中深孔爆破破坏范围及其对下排炮孔产生的破坏的情况。　　 研究发现采用1.4m步距崩矿时，无论堵孔与否下排炮孔口均会形成裂纹，中部产生贯通裂隙，导致下排爆破出现漏气、大块率过高等问题;步距为1.6m时，堵孔后爆破，下排炮孔口也会形成贯通裂隙，炮孔中部少量单元被破坏，不堵孔时爆破效果较好，没有产生眉线口破坏;崩矿步距为1.8m时，也能避免眉线破坏的发生。结合大冶铁矿生产实际中出矿设备的有效铲深，为减小矿石损失，最终建议选择1.6m为最优崩矿步距。　　 (3)中深孔采矿爆破空气冲击波传播规律研究　　 采用经验公式的方法计算分析了空气冲击波的传播规律;并用数值模拟的方法，研究中深孔采矿爆破时回采巷道和运输巷道中空气冲击波的传播规律。　　 研究表明，炮孔正下方空气冲击波的衰减规律与炸药在空气中爆炸冲击波衰减规律相同。在巷道轴线方向，空气冲击波传播规律与中深孔不装药段长度有关。炮孔完全装药，炸药与巷道中空气直接接触，巷道内空气冲击波的超压值达0.864MPa，在距炮孔50倍半径范围内为指数方式衰减，大于50倍半径范围时，衰减变缓;中深孔不装药段长0.5m时，巷道中空气冲击波超压值最大为0.087MPa，仅为完全装药时超压值的1/10，冲击波衰减缓慢，超要时程曲线中没有指数形式的衰减。　　 (4)中深孔爆破空气冲击波有害效应研究　　 采用数值模拟的方法计算分析了回采进路与下盘运输巷道中的空气冲击波效应。　　 研究表明:回采进路距离爆源13m范围内，空气冲击波超压值均大于0.02×105MPa，超过了爆破安全规程中规定的人员伤害值，回采进路和下盘运输巷道中空气冲击波超压值已经低于了人员伤害超压值。回采进路运输巷道的外拐角处形成一个冲击波叠加增强区、其内拐角处形成冲击波低压区。中深孔不装药段的存在，能有效降低巷道内空气冲击波超压值，运输巷道内冲击波衰减迅速，对于地下采场中人员和仪器设备紧急避炮有重要意义。