CN105389415B - 一种柱状药包爆破振动质点峰值速度的预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种柱状药包爆破振动质点峰值速度的预测方法，在现有的球状药包爆破振动理论以及应力波叠加原理基础上，考虑药包爆破的轴向爆轰速度影响，柱状药包被分解为轴向长度为d的短柱药包，而短柱药包爆破振动特性主要通过Heelan解来求得，将长柱药包爆破振动的理论解与萨道夫斯基公式对比，通过在萨氏公式中引入药包的长度影响因子来实现对柱状药包爆破振动质点峰值速度的计算，本发明考虑了柱状装药爆破中药包长度对质点振动峰值速度的影响，给出了峰值速度随水平距离的衰减关系，能实现柱状药包爆破振动的预测与控制；通过计算模型可以得到使质点峰值速度达到最大值对应的药包长度，有利于实现对柱状药包爆破设计进行峰值速度安全评估。

Description

一种柱状药包爆破振动质点峰值速度的预测方法

技术领域

本发明涉及爆破振动安全领域，特别是一种柱状药包爆破振动质点峰值速度的预测方法。

背景技术

目前主要是通过与集中爆破类似的方法对柱状药包爆破振动质点峰值速度衰减进行预测和控制，这种主要考虑药包总药量的影响的峰值速度预测方法，不能体现柱状爆破振动的特点，已经越来越不能满足对爆破振动精细化预测和控制的工程要求。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种能较全面的体现柱状药包爆破振动特点的质点峰值速度预测方法。

本发明一种柱状药包爆破振动质点峰值速度的预测方法，包括如下步骤：

步骤1、假定柱状药包爆破质点峰值速度符合传统爆破的萨道夫斯基衰减趋势，设定柱状爆破峰值速度衰减函数如下：

其中PPV_C为质点峰值速度，r为测点距离爆源的水平距离，Q为药包质量，f为药包长度影响因子，K、α为与爆破条件、场地条件相关的系数；

步骤2、利用短柱药包爆破的Heelan解进行轴向的线性叠加，得到长柱药包爆破质点振动方程，与同质量球状炸药萨道夫斯基公式拟合结果进行对比，得到长度影响因子是关于药包长度和水平距离的耦合函数：

其中f(L,r)为柱状药包长度影响因子，L为柱状药包长度，PPv为叠加模型计算得到的柱状药包爆破质点峰值速度，PPV为萨道夫斯基公式计算的同质量球状炸药爆破质点峰值速度；

步骤3、令长度影响因子符合如下函数关系：

其中，e为自然常数，是一个整体，表示以e为底-f₂(r)L为指数的一个函数，f₁(r)、f₂(r)为与测点水平距离有关的函数，可表示为：

其中k₁、a、b为与炸药爆轰速度、场地条件以及炸药埋深相关的常数，r为测点距离爆源的水平距离；

步骤4、构建柱状药包爆破振动质点峰值速度衰减函数，即柱状药包峰值速度预测公式：

其中K、α为与爆破条件、场地条件相关的系数；k₁、a、b为与炸药爆轰速度、场地条件以及炸药埋深相关的常数，Q为药包质量，r为测点距离爆源的水平距离，L为柱状药包长度；

令预测公式偏导等于零求得对应测点的有效药包长度L′：

得到对应测点峰值速度达到最大值时，柱状药包长度L＝L′。

本发明与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明的预测模型综合反映柱状药包爆破振动质点速度的衰减规律，在球状爆破振动萨道夫公式基础上引入药包长度影响因子，方便对柱状爆破新特点的讨论和描述；能根据不同的装药结构对爆破质点振动峰值速度进行更加精确和有针对性的预测与控制；提出了有效药包长度概念，可通过柱状爆破振动特点对爆破工程进行优化设计。

附图说明

图1为柱状药包爆破质点峰值速度特点；

图2为药包长度影响因子曲线图；

图3为测点水平距离影响参数拟合曲线图；

图4为本发明预测峰值速度与传统预测方法对比示意图。

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。

具体实施方式

本发明一种柱状药包爆破振动质点峰值速度的预测方法，具体包括如下步骤：

步骤1、结合现有的实验和模拟结果，发现柱状爆破中药包长度对质点振动峰值速度具有一定影响，认定峰值速度衰减总体符合萨道夫斯基公式，通过引入药包长度影响因子设定柱状爆破峰值速度衰减函数如下：

其中PPV_C为质点峰值速度，r为测点距离爆源的水平距离，Q为药包质量，f为药包长度影响因子，K、α为与爆破条件、场地条件有关的系数；

步骤2、认定柱状药包爆破可通过短柱爆破的Heelan解进行轴向线性叠加而得到，见图1；由理论解和萨道夫斯基公式计算结果相除得到柱状药包长度影响因子，见图2，可知是关于药包长度以及水平距离的耦合函数：

其中f(L,r)为柱状药包长度影响因子，L为柱状药包长度，PPv为叠加公式计算的柱状药包爆破质点峰值速度，PPV为萨道夫斯基公式计算的同质量炸药爆破质点峰值速度；

步骤3、见图2，通过对影响因子曲线特性的分析，令长度影响因子符合如下函数关系：

其中，e为自然常数，是一个整体，表示以e为底-f₂(r)L为指数的一个函数，L为柱状药包长度，f₁(r)、f₂(r)为与测点水平距离有关的函数，见图3，由进一步分析可表示为：

其中k₁、a、b为与炸药爆轰速度、场地条件以及炸药埋深相关的常数，r为测点距离爆源的水平距离；

步骤4、构建柱状药包爆破振动质点峰值速度衰减函数，即柱状药包峰值速度预测公式：

其中K、α为与爆破条件、场地条件相关的系数；k₁、a、b为与炸药爆轰速度、场地条件以及炸药埋深相关的常数，Q为药包质量，r为测点距离爆源的水平距离，L为柱状药包长度；

通过该预测公式得到不同药包长度影响的爆破振动质点峰值速度衰减规律，根据现有的爆破振动安全判据，对爆破工程安全性进行评估；令预测公式偏导等于零求得对应测点的有效药包长度L′：

得到对应测点峰值速度达到最大值时，柱状药包长度L＝L′。

实际应用中，在柱状爆破情况下，本发明给出的质点峰值速度预测方法能较好的体现柱状爆破振动的新特点，结果表明，柱状爆破峰值速度并不一定随着药量的增加而增加。图4给出本发明方法、传统萨道夫斯基方法以及理论计算值的对比结果，发现传统萨氏公式未考虑药包的轴向爆轰速度影响，误差较大，而本发明的预测速度与理论值较吻合，其特征基本相同，满足实用要求。

本发明的预测方法同时提出了柱状爆破的有效药包长度概念，并给出相应的计算方法，可以得到使测点振动峰值速度达到最大值对应有效药包长度，根据这一结果可以合理地设置柱状爆破的装药长度，有利于爆破工程的优化和精细化设计。通过本发明预测方法，实现爆破振动主动控制，有效地保证了爆区周围设施和人员的安全和生产的正常进行。

本发明是建立在广泛适用的萨道夫斯基公式基础上的一种峰值速度预测方法，能较好解释在柱状爆破实验和模拟上发现的新特性。在现有的球状药包爆破振动理论以及应力波叠加原理基础上，考虑药包爆破的轴向爆轰速度影响，柱状药包被分解为轴向长度为d的短柱药包，而短柱药包爆破振动特性主要通过Heelan解来求得。将长柱药包爆破振动的理论解与萨道夫斯基公式对比，通过在萨氏公式中引入药包的长度影响因子来实现对柱状药包爆破振动质点峰值速度的计算。本发明考虑了柱状装药爆破中药包长度对质点振动峰值速度的影响，给出了峰值速度随水平距离的衰减关系；能实现柱状药包爆破振动的预测与控制；同时提出了有效药包长度的概念，通过计算模型可以得到使质点峰值速度达到最大值对应的药包长度，有利于实现对柱状药包爆破设计进行峰值速度安全评估；可以根据计算模型对柱状装药爆破进行优化设计。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种柱状药包爆破振动质点峰值速度的预测方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1、假定柱状药包爆破振动质点峰值速度符合传统爆破的萨道夫斯基衰减趋势，设定柱状药包爆破振动质点峰值速度衰减函数如下：

其中r为测点距离爆源的水平距离，Q为药包质量，f为药包长度影响因子，K、α为与爆破条件、场地条件相关的系数；

步骤2、柱状药包被分解为轴向长度为d的若干短柱药包，柱状药包爆破利用短柱药包爆破的Heelan解进行轴向的线性叠加，得到长柱药包爆破质点振动方程，与同质量球状炸药萨道夫斯基公式拟合结果进行对比，得到柱状药包长度影响因子f(L,r)是关于柱状药包长度L和测点距离爆源的水平距离r的耦合函数：

其中PPv为叠加模型计算得到的柱状药包爆破振动质点峰值速度，PPV为萨道夫斯基公式计算的同质量球状炸药爆破振动质点峰值速度；

步骤3、令柱状药包长度影响因子f(L,r)符合如下函数关系：

其中，e为自然常数，是一个整体，表示以e为底-f₂(r)L为指数的一个函数，f₁(r)、f₂(r)为与测点距离爆源的水平距离r有关的函数，可表示为：

其中k₁、a、b为与炸药爆轰速度、场地条件以及炸药埋深相关的常数；

步骤4、构建柱状药包爆破振动质点峰值速度衰减函数，即柱状药包爆破振动质点峰值速度预测公式：

令柱状药包爆破振动质点峰值速度预测公式PPV_C偏导等于零求得对应测点的有效药包长度L′：

得到对应测点峰值速度达到最大值时，柱状药包长度L＝L′。