CN102506621A - 一种基于防洪坝系的主振动频率确定煤矿爆破方式的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于防洪坝系的主振动频率确定煤矿爆破方式的方法，用以解决现有确定的爆破方式不够优化，影响防洪坝系的安全性问题，该方法中根据在坝体上设置的监测设备，获取每个监测设备监测到的该坝体在爆破振动下的振动速度，根据该振动速度确定坝体的主振动频率，根据确定的坝体的主振动频率，确定爆破方式。由于在本发明中根据确定的坝体的主振动频率，确定爆破方式，因此可以有效的避免确定的爆破方式中振动的频率与坝体的主振动频率接近，引起共振，并且该爆破方式根据坝体的主振动频率确定，因此可以保证确定的爆破方式更加的优化，保证了防洪坝系的安全性。

Description

一种基于防洪坝系的主振动频率确定煤矿爆破方式的方法

技术领域

本发明涉及一种基于防洪坝系的主振动频率确定煤矿爆破方式的方法。

背景技术

我国能源结构的特点，决定了煤炭将在相当长的一段时间内作为我国主要的能源。经济社会的高速发展对能源的需求量也在不断的增加，为了有效的提高每个煤矿的服务年限，需要采用高效的开采方法。露天开采由于其具有安全、高效、资源回收率高等优点，成为优选的煤矿开采方法。

而煤矿一般情况下都处于深陡沟壑区域，容易造成雨水的聚集，为了保证露天开采的可实施性，在煤矿的周围为了达到防洪、防水的目的都设置有防洪坝系。但是对于露天煤矿一般会采用抛掷爆破的方式进行开采，爆破的影响范围会波及到防洪坝系，因此防洪坝系的安全受到很大的影响。

例如对于我国哈尔乌素露天煤矿，其地处深陡沟壑区域，坡度相差大，并且雨量集中，因此在该露天煤矿周围构建了一套防洪坝系，构成了防洪系统工程。与哈尔乌素露天煤矿相邻较近的黑岱沟煤矿采用抛掷爆破的方式开采，爆破的规模达到每次爆破1200t～1500t炸药，爆区距离哈尔乌素露天煤矿越来越近，其爆破影响范围已经直接波及哈尔乌素露天煤矿的防洪坝系。并且哈尔乌素露天煤矿开采每次起爆装药量150吨左右，露天剥离超大规模爆破产生的爆破振动冲击，对距离哈尔乌素露天煤矿首采区较近的多个防洪坝的安全稳定性和可靠性产生重大影响，对煤矿的安全高效生产存在较大的潜在影响。因此为了保证防洪坝系的安全，需要确定相应的爆破方式。

现有技术在保证防洪坝系的安全下，确定爆破方式时，一般考虑防洪坝系在爆破影响下的振动幅度，通过简单的减小防洪坝系在爆破影响下的振动幅度来确定爆破方式。但是由于振动幅度不能全面反映防洪坝系受爆破影响的程度，因此单单根据防洪坝系的振动幅度确定爆破方式不够全面，导致确定的爆破方式不够优化，对防洪坝系的安全存在潜在的影响。

发明内容

本发明提供一种基于防洪坝系的主振动频率确定煤矿爆破方式的方法，用以解决现有确定的爆破方式不够优化，影响防洪坝系的安全性问题。

本发明的这种基于防洪坝系的主振动频率确定煤矿爆破方式的方法，包括：

根据设置的监测设备对坝体在爆破振动下的速度特征的监控，获取每个监测设备监测到的该坝体在爆破振动下的振动速度；

根据每个监测设备监测到的坝体在爆破振动下的振动速度，确定坝体的主振动频率；

根据确定的坝体的主振动频率，确定爆破方式。

较佳地，所述获取每个监测设备监测到的该坝体在爆破振动下的振动速度之前，所述方法还包括：在防洪坝系中选择进行监测的坝体，针对选择的坝体设置监测设备。

较佳地，基于以下至少一种方法，在防洪坝系中选择进行监测的坝体：

选择距离爆破区域在第一设定距离范围内的坝体，作为进行监测的坝体；和

选择距离爆破区域在第二设定距离范围内，并且有水的坝体作为进行监测坝体，其中所述第二设定距离大于第一设定距离。

较佳地，所述针对选择的坝体设置监测设备包括：

针对选择的坝体，在坝体上设置多个传感器，并设置接收每个传感器发送的信号的振动记录仪，其中至少一个传感器设置在该坝体在爆破振动的来波方向的位置上，并且至少一个传感器设置在该坝体在爆破振动的去波方向的位置上。

较佳地，所述确定坝体的主振动频率包括：根据每个监测设备监测到的坝体在爆破振动下的振动速度，确定坝体的最大振动速度；根据确定的坝体的最大振动速度，确定坝体的主振动频率。

较佳地，所述确定坝体的最大振动速度包括：针对每个时间点、每个传感器获取的坝体在该时间点上的振动速度，查找每个时间点下获取的振动速度的最大值；将获取的每个振动速度的最大值，进行傅里叶变换，得到不同频域下坝体对应的每个最大振动速度。

较佳地，所述根据确定的坝体的主振动频率，确定爆破方式，包括：根据多次爆破测振中每种爆破方式的振动频率，以及监测到的坝体的振动频率，建立爆破方式的振动频率与坝体的振动频率的对应关系；将与坝体的主振动频率相差较大的坝体的振动频率，对应的爆破方式作为确定的爆破方式。

本发明提供了一种基于防洪坝系的主振动频率确定煤矿爆破方式的方法，该方法中根据在坝体上设置的监测设备，获取每个监测设备监测到的该坝体在爆破振动下的振动速度，根据该振动速度确定坝体的主振动频率，根据确定的坝体的主振动频率，确定爆破方式。由于在本发明中根据确定的坝体的主振动频率，确定爆破方式，因此可以有效的避免确定的爆破方式中振动的频率与坝体的主振动频率接近，引起共振，并且该爆破方式根据坝体的主振动频率确定，因此可以保证确定的爆破方式更加的优化，保证了防洪坝系的安全性。

附图说明

图1为本发明提供的基于防洪坝系的主振动频率确定煤矿爆破方式的过程；

图2为本发明提供的基于防洪坝系的主振动频率确定煤矿爆破方式的详细确定过程；

图3为本发明提供的该速度传感器在坝体上的设置位置示意图。

具体实施方式

本发明为了优化爆破方式，保证防洪坝系在爆破下的安全性，提供了一种基于防洪坝系的主振动频率确定煤矿爆破方式的方法。

下面结合说明书附图，对本发明进行详细说明。

图1为本发明提供的基于防洪坝系的主振动频率确定煤矿爆破方式的过程，该过程包括以下步骤：

S101：根据设置的监测设备对坝体在爆破振动下的速度特征的监控，获取每个监测设备监测到的该坝体在爆破振动下的振动速度。

在本发明中在获取每个监测设备监测到的该坝体在爆破振动下的振动速度之前，该方法还包括：在防洪坝系中选择进行监测的坝体，在选择的坝体上设置监测设备。

S102：根据每个监测设备监测到的坝体在爆破振动下的振动速度，确定坝体的主振动频率。

其中，确定坝体的主振动频率包括：

根据每个监测设备监测到的坝体在爆破振动下的振动速度，确定坝体的最大振动速度；

根据确定的坝体的最大振动速度，确定坝体的主振动频率。

S103：根据确定的坝体的主振动频率，确定爆破方式。

在本发明中为了基于防洪坝系确定爆破方式，首先，需要对防洪坝系受到爆破影响的情况进行监测，在对防洪坝系受到爆破影响的情况进行监测时，可以将防洪坝系中的所有坝体都选择作为进行监测的坝体。但是为了节省监测的成本，并提高监测的效率，在本发明中选择部分坝体作为进行监测的坝体。

在选择进行监测的坝体时可以基于以下至少一种方法进行选择包括：选择具有代表性的坝体作为进行监测的坝体，和选择对爆破要求比较高的坝体作为进行监测的坝体。其中，当坝体的结构特性基本相似时，具有代表性的坝体为距离爆破区域在第一设定距离范围内的坝体，而对爆破要求比较高的坝体包括，距离爆破区域在第二设定距离范围内，并且有水的坝体，其中第二设定距离大于第一设定距离。

具体的例如，在选择进行监测的坝体时，将距离爆破区域比较近的第一设定距离范围内的坝体，作为进行监测的坝体，并且当距离爆破区域第二设定距离范围内的坝体有水时，则可以将距离爆破区域第二设定距离范围内、有水的坝体也作为进行监测的坝体。

在本发明中当选择了进行监测的坝体后，在进行监测的坝体上设置监测设备，设置的监测设备可以包括：传感器，其中该传感器为速度传感器，用于监测坝体在爆破作用下的速度特征。该速度传感器可以采用三分量检波器，其中该三分量检波器可以将三个方向的振动速度信号(包括水平方向和竖直方向)，同时接收并转换为电信号，其具有水平调节指标和方位调节指标，可以根据需要将该速度传感器调节到相应的位置及方位，监测坝体在爆破振动下的速度。

另外，为了对坝体的速度特征进行监控，还需要设置振动信号记录仪，用于接收传感器发送的信号并保存，以便后续确定坝体在爆破振动下的速度特征。

图2为本发明提供的基于防洪坝系的主振动频率确定煤矿爆破方式的详细过程，该过程包括以下步骤：

S201：选择距离爆破区域在第一设定距离范围内的坝体，作为进行安全性监测的坝体，选择距离爆破区域在第二设定距离范围内，并且有水的坝体作为进行安全性监测的坝体，其中，所述第二设定距离大于第一设定距离。

S202：在防洪坝系中选择进行监测的坝体，在选择的坝体上设置监测设备。

上述两个步骤在进行爆破方式确定时，只需要一次设置即可，当在进行监测的坝体上设置了监测设备后，每次进行监测时接收设置的监测设备监测到的结果即可。如果需要对其他坝体或者坝体的其他位置进行监测，则可以重复上述两个步骤，在相应的坝体上设置监测设备。

S203：根据设置的监测设备对坝体在爆破振动下的速度特征的监控，获取每个监测设备监测到的该坝体在爆破振动下的振动速度。

S204：根据每个监测设备监测到的坝体在爆破振动下的振动速度，确定坝体的最大振动速度。

其中，确定坝体的最大振动速度包括：针对每个时间点获取的坝体在该时间点上的振动速度，查找每个时间点下获取的振动速度的最大值；

将获取的每个振动速度的最大值，进行傅里叶变换，得到不同频域下坝体对应的每个最大振动速度。

S205：根据确定的坝体的最大振动速度，确定坝体的主振动频率。

S206：根据确定的坝体的主振动频率，确定爆破方式。

为了有效的监测坝体在爆破作用下的速度特征，需要对坝体进行全面的监测。并且为了实现对坝体的全面监控，可以在坝体的每个位置都设置传感器，但为了节省监测的成本，并提高监测的效率，在本发明中可以在坝体上选择具有代表性的位置设置传感器。

具体的在本发明中坝体上具有代表性的位置包括：坝体的顶端位置、坝体的坝底位置，另外，还可以选择坝体的中间位置，这几个位置可以较全面的反应坝体在爆破振动作用下的速度特征。

图3为本发明提供的该速度传感器在坝体上的设置位置示意图，根据图3所示，在该坝体顶端的中心线上设置了三个速度传感器，其中两个速度传感器分别位于坝体顶端中心线的两端1和3，第三个速度传感器位于坝体顶端中心线的中间位置2，另外在垂直于坝体中心线，并经过坝体顶端中心线中点的连线与坝底的交点位置4和5上分别设置速度传感器，对坝体在爆破振动作用下的速度特征进行监测。

具体在本发明中将传感器设置在坝体的上述位置，是为了较准确的获取坝体在爆破振动下的速度特征。这是因为上述传感器的设置位置4和5，可以使设置的传感器分别监测来波方向和去波方向坝体基底在爆破作用下的速度特征，从而可以获取到爆破振动在到达坝体后的地震波，以及通过坝体衰减后的地震波。

当设置在坝体上的每个速度传感器监测到坝体在爆破作用下的速度特征后，具体的为监测到坝体的振动速度后，将监测到的振动速度发送给振动信号记录仪，振动信号记录仪将接收到速度传感器发送的振动速度后，针对每个速度传感器在自身的存储器中记录该速度传感器发送的振动速度，方便后续对振动速度的调用和分析。

由于在进行监测的坝体上设置监测设备时，根据爆破的方式、针对每个坝体可知每个监测设备位于爆破过程中的来波方向，还是去波方向。因此当每个监测设备-速度传感器在每个时间点上监测到振动速度，并将振动速度发送到振动信号记录仪记录并保存后，可以根据振动信号记录仪中针对每个速度传感器记录的振动速度，获取位于坝体来波方向上的速度传感器监测到的振动速度，以及位于坝体去波方向上的速度传感器监测到的振动速度。

通过在不同时间点上每个速度传感器监测到的振动速度，可以确定坝体来波方向上爆破振动的地震波，以及去波方向上爆破振动在经过坝体衰减后的地震波，从而确定坝体在爆破振动下的响应特征，即确定坝体在爆破振动下的主振动频率。

在爆破的过程中，每次爆破的主频一般都是不一样的，为了得到坝体在不同的主频爆破下的最大振动速度，即得到坝体的速度反应谱，需要进行多次爆破，因此需要对不同时间点坝体的振动速度进行监测。

具体的在确定坝体在爆破振动下的主振动频率时，针对每个时间点每个速度传感器监测到的坝体在该时间点上的振动速度，查找每个时间点下该坝体振动速度的最大值。将获取的每个时间点该坝体振动速度的最大值，进行傅里叶变换，将该时域信号转换为频域信号，从而得到不同频域下坝体对应的每个最大振动速度。

根据得到的不同频域下坝体对应的每个最大振动速度，可以确定坝体的主振动频率，坝体在该主振动频率下其振动最为剧烈，最容易被破坏。而且即使爆破产生的地震波在该频段内的振动幅度(即振动速度的最大值)很小，但是对于坝体也能引起较为激烈的响应(共振)。因此在进行爆破时，需要尽量避免坝体附近的地震波的主频与该坝体的主振动频率接近。

具体的在确定坝体的主振动频率时，需要在不改变爆破方式、不减少总药量的情况下，通过多次坝体测振确定，这是因为在爆破方案中影响坝体振动频率的因素包括多种，例如爆破一次单项药量，爆破时差，距离爆破源的距离等等。

当确定了坝体在爆破振动下的主振动频率后，可以根据该坝体在爆破振动下的主振动频率，确定爆破方式，即保证确定的该爆破方式爆破振动的主频率，与该坝体的主振动频率不同。

具体的在确定爆破方式时，由于坝体的主振动频率可知，而每次爆破时爆破源的振动频率也是可以知道的，并且每次爆破时，坝体的振动频率也可以获取，因此根据多次爆破测振中每种爆破方式的振动频率，以及监测到的坝体的振动频率，建立爆破方式的振动频率与坝体的振动频率的对应关系，在确定爆破方式时，将与坝体的主振动频率相差较大的坝体的振动频率，对应的爆破方式作为确定的爆破方式。

即，此时可知确定坝体的主振动频率为F1，而根据多次测振，可以建立每种爆破方式的振动频率a与坝体的振动频率f的对应关系，则在确定爆破方式时，在该对应关系中根据F1选择与该F1相差较大的f，则此时在该对应关系中f对应的爆破方式，即可确定为对该坝体损伤较小的爆破方式。

本发明提供了一种基于防洪坝系的主振动频率确定煤矿爆破方式的方法，该方法中根据在坝体上设置的监测设备，获取每个监测设备监测到的该坝体在爆破振动下的振动速度，根据该振动速度确定坝体的主振动频率，根据确定的坝体的主振动频率，确定爆破方式。由于在本发明中根据确定的坝体的主振动频率，确定爆破方式，因此可以有效的避免确定的爆破方式中振动的频率与坝体的主振动频率接近，引起共振，并且该爆破方式根据坝体的主振动频率确定，因此可以保证确定的爆破方式更加的优化，保证了防洪坝系的安全性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种基于防洪坝系的主振动频率确定煤矿爆破方式的方法，其特征在于，所述方法包括：

根据设置的监测设备对坝体在爆破振动下的速度特征的监控，获取每个监测设备监测到的该坝体在爆破振动下的振动速度；

根据每个监测设备监测到的坝体在爆破振动下的振动速度，确定坝体的主振动频率；

根据确定的坝体的主振动频率，确定爆破方式。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取每个监测设备监测到的该坝体在爆破振动下的振动速度之前，所述方法还包括：

在防洪坝系中选择进行监测的坝体，针对选择的坝体设置监测设备。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，基于以下至少一种方法，在防洪坝系中选择进行监测的坝体：

选择距离爆破区域在第一设定距离范围内的坝体，作为进行监测的坝体；和

选择距离爆破区域在第二设定距离范围内，并且有水的坝体作为进行监测坝体，其中所述第二设定距离大于第一设定距离。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述针对选择的坝体设置监测设备包括：

针对选择的坝体，在坝体上设置多个传感器，并设置接收每个传感器发送的信号的振动记录仪，其中至少一个传感器设置在该坝体在爆破振动的来波方向的位置上，并且至少一个传感器设置在该坝体在爆破振动的去波方向的位置上。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定坝体的主振动频率包括：

根据每个监测设备监测到的坝体在爆破振动下的振动速度，确定坝体的最大振动速度；

根据确定的坝体的最大振动速度，确定坝体的主振动频率。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述确定坝体的最大振动速度包括：

针对每个时间点、每个传感器获取的坝体在该时间点上的振动速度，查找每个时间点下获取的振动速度的最大值；

将获取的每个振动速度的最大值，进行傅里叶变换，得到不同频域下坝体对应的每个最大振动速度。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据确定的坝体的主振动频率，确定爆破方式，包括：

根据多次爆破测振中每种爆破方式的振动频率，以及监测到的坝体的振动频率，建立爆破方式的振动频率与坝体的振动频率的对应关系；

将与坝体的主振动频率相差较大的坝体的振动频率，对应的爆破方式作为确定的爆破方式。

Images