CN105865280A - 一种优化设计岩石匹配现场混装乳化炸药的方法 - Google Patents
一种优化设计岩石匹配现场混装乳化炸药的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种优化设计岩石匹配现场混装乳化炸药的方法，所述方法利用上一爆区爆破施工时，同时测量测试炮孔内炸药的爆速和爆破岩体的声速，从而获得炸药与岩石的波阻抗匹配关系，再根据波阻抗匹配原则对原现场混装炸药的性能进行优化设计，接着根据优化调整后的新炸药性能，并参考上一爆区的爆破效果，进行下一爆区的爆破参数设计并组织施工；待下一爆区爆破时，再测量在测试炮孔内新炸药的爆速，并收集新爆区的爆破效果，如此循环，从而实现根据爆破对象的岩性不同定制不同性能的现场混装炸药进行爆破施工，使炸药与岩石的波阻抗动态匹配。本发明方法能够实现根据矿山爆破对象的岩性不同定制不同性能的现场混装炸药进行爆破施工的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种优化设计岩石匹配现场混装乳化炸药的方法，属于露天矿山爆破开采领域。
背景技术
大型露天矿山工程，剥采强度大，机械化程度高，一般采用现场混装炸药技术进行爆破作业。对于凹陷型露天矿山和雨水较多地区的露天矿山，爆破炮孔中往往有积水，难以使用现场混装铵油炸药车，一般采用现场混装乳化炸药车。现场混装乳化炸药车具有装药效率高的优势，且装药时通过导管从炮孔底开始装药，装药过程中将炮孔内的积水挤出，实现连续、耦合装药。现场混装乳化炸药还具有抗水能力强，性能可调节的优势。一般情况下，矿山的水文地质条件比较复杂，围岩和矿石的性能参数变化较大，也需要不同性能的炸药才能高效地爆破施工，正好可以充分发挥现场混装乳化炸药性能可调节的优势。
通常认为炸药的波阻抗与岩石的波阻抗相匹配时，炸药传递给岩石的能量最多，在岩石中引起的应变值最大，可获得较好的爆破效果。为了获得炸药与岩石波阻抗的匹配情况，需要分别测量炸药密度、炸药爆速、岩石密度和岩石声速四个物理量。一般情况下，炸药密度和岩石密度可通过称重和体积测量获得，岩石声速可通过声速测试仪测得，炸药爆速往往通过相关炸药爆速测试标准测得。声波探测仪通过声波的反射测试打磨岩样相对自由面的传输时间差，再用打磨岩样相对自由面的距离除以声波时差，获得该打磨岩样的声速，以此来表征现场爆破岩体声速。
但是，现场施工中，炮孔的装药直径较大，炮孔周边有围岩约束，且有一定的自重压力下的自密实作用，因此炸药在炮孔中的实际爆速往往较实验室测试爆速有较大提高；实际爆破的岩体是有一定破裂度的岩石，而事实上岩石的声速和破裂程度有关，破裂越严重，声速越低，所以实际爆破对象的岩体声速小于声波探测仪所测岩块声速。上述炸药爆速偏小而岩石声速偏大，导致炸药与岩石波阻抗比配关系的误差放大，难以满足精细爆破的要求。为了获得现场实际工况下炸药与岩石的匹配关系，需要现场测量炸药孔内爆速和现场破裂岩体声速，为现场混装炸药性能设计和爆破方案优化调整提供依据，充分发挥炸药爆炸时释放的能量来破碎岩体，最终实现精细爆破和环保爆破。
发明内容
本发明的目的是提供一种优化设计岩石匹配现场混装乳化炸药的方法，该方法通过爆破施工炮孔的装药爆破现场测量炸药孔内爆速和破裂岩体声速，从而方便快捷地获得炸药与岩石的匹配关系，再利用该比配关系指导炸药性能设计及爆破方案设计。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种优化设计岩石匹配现场混装乳化炸药的方法，所述方法利用上一爆区爆破施工时，同时测量测试炮孔内炸药的爆速和爆破岩体的声速，从而获得炸药与岩石的波阻抗匹配关系，再根据波阻抗匹配原则对原现场混装炸药的性能进行优化设计，接着根据优化调整后的新炸药性能，并参考上一爆区的爆破效果，进行下一爆区的爆破参数设计并组织施工；待下一爆区爆破时，再测量在测试炮孔内新炸药的爆速，并收集新爆区的爆破效果，如此循环，从而实现根据爆破对象的岩性不同定制不同性能的现场混装炸药进行爆破施工，使炸药与岩石的波阻抗动态匹配；其中，所述测量在测试炮孔内新炸药的爆速用于反馈验证优化后炸药实际性能与预期性能参数是否一致，所述收集新爆区的爆破效果用于反馈验证波阻抗匹配关系与实际爆破效果之间的对应关系。
作为一种优选方案，所述测量测试炮孔内炸药的爆速，具体为：
利用由网线制成的爆速探测装置测量测试炮孔内炸药的爆速，其中爆速探测装置具有四组爆速测试探针，当炸药爆炸时的爆轰波传到每组爆速测试探针所在位置时，炸药爆炸产生的电离层将每组爆速测试探针由断开状态变为导通状态，从而发出触发信号，相邻的两组爆速测试探针之间的间距除以这两组爆速测试探针触发信号的时间差，获得测试炮孔内炸药的爆速。
作为一种优选方案，所述测量爆破岩体的声速，具体为：
利用测试炮孔内炸药的爆炸作为震源，通过布置在上一爆区同一水平邻近爆区的台阶坡面中下部的两个测振仪器，以及布置在上一爆区下一台阶侧前方爆区的台阶坡面中下部的两个测振仪器，获得各个测振仪器对应测振点的围岩振动信号，同一台阶坡面的两个测振点与震源的距离差除以振动信号到达两个测振点的时间差，获得同一水平邻近爆区的岩体声速以及下一台阶侧前方爆区的岩体声速。
作为一种优选方案，所述方法包括以下步骤：
1)选定上一爆区的先爆炮孔作为测试炮孔；
2)在距离网线端部1～2米处，用美工刀在网线的护套上剖开一条缝隙，露出一组扭成麻花状的细导线，该组细导线有两根，再用剪刀齐平剪断该组细导线，形成一组爆速测试探针；用钢卷尺在网线上测量固定间距，重复前述爆速测试探针制作工序，最终形成四组爆速测试探针，爆速探测装置即制作完成；其中，每组爆速测试探针的两根细导线端面紧靠在一起；
3)在上一爆区同一水平邻近爆区的台阶坡面中下部的裸露原岩上布置两个测振点，这两个测振点位于同一高程；在上一爆区下一台阶侧前方爆区的台阶坡面中下部的裸露原岩上布置两个测振点，这两个测振点位于同一高程，且其中一个测振点为基准测振点，即测试炮孔与该测振点所确定的平面与区下一台阶侧前方爆区的台阶坡面垂直，另一个测振点布置在基准测振点的一侧；其中，每个测振点都有一个测振仪器；
4)测量起爆点及各个测振点的三维坐标；
5)将爆速探测装置的网线端部配重后放入炮孔内的底部，在炮孔孔口进行提拉，再将起爆装置炮放入炮孔内的底部，然后装填炸药，使爆速探测装置埋置在炸药中，接着堵塞和连接起爆网路；
6)将各个测振仪器与同步信号采集器连接，并启动同步信号采集器，进入待测状态；
7)将爆速探测装置外的网线放线至爆区外的安全区域后剪断，端部露出的细导线剥出后，按照顺序连接多段爆速仪的信号采集端口，启动多段爆速仪，进入待测状态；
8)按照爆破安全规程要求，进行爆破警戒，再下达起爆命令，起爆后执行步骤9)～步骤11)；
9)读取多段爆速仪记录的相邻的两组探针触发信号的时间差，将相邻的两组探针除以触发信号的时间差，获得测试炮孔内炸药的爆速；
10)根据起爆点及同一水平邻近爆区的台阶坡面的两个测振点三维坐标，计算起爆点到这两个测振点的距离，再计算这两个测振点距离震源的距离差；从同步信号采集器中读取围岩振动信号到达这两个测振点的时间，再计算振动信号到达这两个测振点的时间差，这两个测振点距离震源的距离差除以振动信号到达这两个测振点的时间差为同一水平邻近爆区的岩体声速；
11)根据起爆点及下一台阶侧前方爆区的台阶坡面的两个测振点三维坐标，计算起爆点到这两个测振点的距离，再计算这两个测振点距离震源的距离差；从同步信号采集器中读取围岩振动信号到达这两个测振点的时间，再计算振动信号到达这两个测振点的时间差，这两个测振点距离震源的距离差除以振动信号到达这两个测振点的时间差为下一台阶侧前方爆区的岩体声速；
12)根据测试炮孔内炸药的爆速、同一水平邻近爆区的岩体声速以及下一台阶侧前方爆区的岩体声速，分别获得测试炮孔内炸药的波阻抗、同一水平邻近爆区岩石的波阻抗以及下一台阶侧前方爆区岩石的波阻抗；
13)假设炸药配方和性能不变，进行同一水平邻近爆区或下一台阶邻近爆区的爆破施工，则炸药与岩石的波阻抗匹配关系为测试炮孔内炸药的波阻抗与同一水平邻近爆区岩石的波阻抗之间的比值，或与下一台阶侧前方爆区岩石的波阻抗之间的比值，若比值趋近于1，则说明匹配，否则，说明需要调节炸药性能；
14)根据炸药与岩石波阻抗匹配的原则，明确需要调整的现场混装乳化炸药的期望炸药密度和爆速；
15)根据期望炸药密度和爆速，调整现场混装炸药配方和工艺，生产优化调整后的新炸药；
16)根据优化调整后的新炸药性能，并参考上一爆区的爆破效果，进行下一爆区的爆破参数设计并组织施工；
17)待下一爆区爆破时，再测量在测试炮孔内新炸药的爆速，并收集新爆区的爆破效果；其中，所述测量在测试炮孔内新炸药的爆速用于反馈验证优化后炸药实际性能与预期性能参数是否一致，所述收集新爆区的爆破效果用于反馈验证波阻抗匹配关系与实际爆破效果之间的对应关系；
18)根据反馈分析结果，重复执行步骤14)～步骤17)，从而实现根据爆破对象的岩性不同定制不同性能的现场混装炸药进行爆破施工，使炸药与岩石的波阻抗动态匹配。
作为一种优选方案，步骤12)中，所述根据测试炮孔内炸药的爆速、同一水平邻近爆区的岩体声速以及下一台阶侧前方爆区的岩体声速，分别获得测试炮孔内炸药的波阻抗、同一水平邻近爆区岩石的波阻抗以及下一台阶侧前方爆区岩石的波阻抗，具体为：
将测试炮孔内炸药的爆速与测试炮孔内炸药的密度相乘，获得测试炮孔内炸药的波阻抗；将同一水平邻近爆区的岩体声速与同一水平邻近爆区岩石的密度相乘，获得同一水平邻近爆区岩石的波阻抗；将下一台阶侧前方爆区的岩体声速与下一台阶侧前方爆区岩石的密度相乘，获得下一台阶侧前方爆区岩石的波阻抗。
作为一种优选方案，步骤4)中，所述测量起爆点及各个测振点的三维坐标，具体为：
起爆点的三维坐标间接测量获得，即起爆点的方位坐标与炮孔孔口方位坐标相同，起爆点的高程坐标为炮孔孔口高程减去炮孔深度；各个测振点的三维坐标直接测量获得。
作为一种优选方案，步骤4)中，所述起爆点及各个测振点的三维坐标利用全站仪或GPS测量。
作为一种优选方案，步骤10)，具体为：
设起爆点为O，同一水平邻近爆区的台阶坡面的两个测振点分别为A和B，根据起爆点O、测振点A和测振点B的三维坐标，计算起爆点O到测振点A和测振点B的距离OA和OB，若OA＜OB，计算测振点A和测振点B距离震源的距离差Δl邻＝OB–OA，若OA＞OB，计算这两个测振点距离震源的距离差Δl邻＝OA–OB；从同步信号采集器中读取振动信号到达测振点A和测振点B的时间tA和tB，若tA＜tB，计算振动信号到达测振点A和测振点B的时间差Δt邻＝tB–tA，若tA＞tB，计算振动信号到达测振点A和测振点B的时间差Δt邻＝tA–tB；最后计算同一水平邻近爆区的岩体声速C邻岩＝Δl邻/Δt邻。
作为一种优选方案，步骤11)，具体为：
设起爆点为O，下一台阶侧前方爆区的台阶坡面的两个测振点分别为C和D，其中测振点C为基准测振点，计算起爆点O到测振点C和测振点D的距离OC和OD，再计算两个测振点距离震源的距离差Δl下＝OD–OC；从同步信号采集器中读取振动信号到达测振点C和测振点D的时间tC和tD，再振动信号到达测振点C和测振点D的时间差Δt下＝tD–tC；最后计算下一台阶侧前方爆区的岩体声速C下岩＝Δl下/Δt下。
作为一种优选方案，所述测振仪器为振动传感器。
本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
1、本发明方法利用上一爆区爆破施工时，同时测量测试炮孔内炸药的爆速和爆破岩体的声速，从而获得炸药与岩石的波阻抗匹配关系，再根据波阻抗匹配原则对原现场混装炸药的性能进行优化设计，接着根据优化调整后的新炸药性能，并参考上一爆区的爆破效果，进行下一爆区的爆破参数设计并组织施工；待下一爆区爆破时，再测量在测试炮孔内新炸药的爆速，并收集新爆区的爆破效果，如此循环，从而实现根据爆破对象的岩性不同定制不同性能的现场混装炸药进行爆破施工，使炸药与岩石的波阻抗动态匹配，达到精细爆破和环保爆破的目的；其中，测量在测试炮孔内新炸药的爆速用于反馈验证优化后炸药实际性能与预期性能参数是否一致，收集新爆区的爆破效果用于反馈验证波阻抗匹配关系与实际爆破效果之间的对应关系。
2、本发明方法的炸药爆速和岩石声速均利用正常爆破施工炮孔现场测量获得，所测量的爆速为现场特定炸药品种、装药密度、装药直径和约束条件的炸药孔内爆速，所测量的声速为实际爆破对象的声速，即有一定破裂度的岩体，避免了实验室测试条件与现场环境不一致导致的测试误差。
3、本发明方法考虑了施工组织顺序，测试声速的岩体与紧接着需要爆破的岩体相统一，测试同一台阶水平邻近爆区或下一台阶侧前方爆区的岩体声速，测试数据可直接指导下一爆区的爆破施工，信息反馈快，循环周期短，便于快速找到最佳性能炸药和爆破参数，促进爆破施工中炸药与岩石波阻抗匹配，提高炸药爆炸做功破碎岩体的能量利用率，实现精细爆破和环保爆破。
附图说明
图1本发明实施例1的优化设计岩石匹配现场混装乳化炸药的方法流程图。
图2为本发明实施例1的同步测量孔内爆速和岩体声速的原理图。
其中，1-炮孔，2-炸药，3-起爆装置，4-堵塞，5-爆速探测装置，6-网线，7-多段爆速仪，8-同一台阶水平邻近爆区台阶坡面，9-下一台阶侧前方爆区的台阶坡面，10-同步信号采集器。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
如图1所示，本实施例的优化设计岩石匹配现场混装乳化炸药的方法利用上一爆区爆破施工时，同时测量测试炮孔内炸药的爆速和爆破岩体的声速，从而获得炸药与岩石的波阻抗匹配关系，再根据波阻抗匹配原则对原现场混装炸药的性能进行优化设计，接着根据优化调整后的新炸药性能，并参考上一爆区的爆破效果，进行下一爆区的爆破参数设计并组织施工；待下一爆区爆破时，再测量在测试炮孔内新炸药的爆速，并收集新爆区的爆破效果，如此循环，从而实现根据爆破对象的岩性不同定制不同性能的现场混装炸药进行爆破施工，使炸药与岩石的波阻抗动态匹配，达到精细爆破和环保爆破的目的；其中，所述测量在测试炮孔内新炸药的爆速用于反馈验证优化后炸药实际性能与预期性能参数是否一致，所述收集新爆区的爆破效果用于反馈验证波阻抗匹配关系与实际爆破效果之间的对应关系。
如图2所示，通过正常台阶爆破施工的炮孔1内装填的炸药2爆炸进行炸药爆速和岩体声速测量，起爆装置3位于炮孔内的底部，堵塞4要求密实避免“冲炮”；炮孔内的爆速探测装置5位于起爆装置3上部的装药段内，其由网线6加工而成；加工时，首先在距离网线6端部1～2米处，用美工刀将网线的聚氯乙烯护套剖开一条缝隙，露出一组扭成麻花状的细导线，该组细导线有两根，再用剪刀齐平剪断两根细导线(即剪断后的两根细导线端部是齐平的)，形成“断→通”型爆速测试探针；然后用钢卷尺在网线上测量固定间距，重复上述爆速测试探针制作工序，最终形成四组由扭成麻花状的细导线加工而成的爆速测试探针；每组爆速测试探针的两根细导线的端面紧靠在一起，其中两根细导线均由金属芯和包覆金属芯的塑料绝缘外皮组成，由于有塑料绝缘外皮隔离，两根细导线内的金属芯未接触而处于断开状态，但当炸药爆炸产生的爆轰波传到该组爆速测试探针位置时，产生电离层导通该探针变成导通状态，从而发出触发信号；网线6内的扭成麻花状的细导线作为触发信号传输支线，探测段以外网线6作为触发信号传输干线，共同将爆速探测信号传输给爆区外安全区域的多段爆速仪7。
为了精确地测量爆区同一台阶水平邻近爆区的岩体声速，炮孔的起爆点O和同一台阶水平邻近爆区测振点A、测振点B基本位于同一高程，测振点A和测振点B布置在同一台阶水平邻近爆区台阶坡面8的中下部裸露原岩上，炮孔1为竖直设置的炮孔，炮孔1内装填的炸药2为竖直的圆柱状，爆炸以后应力波沿圆柱状炮孔同心向外扩散，振动信号水平穿越邻近爆区的岩体分别到达A和B两个测振点，测振点A和B所采集到的振动信号的传播路径分别为OA和OB。
为了精确地测量下一台阶侧前方爆区的岩体声速，测振点布置在下一台阶侧前方爆区的台阶坡面9中下部的裸露原岩上，且在同一高程水平上，其中测振点C为基准测振点，测振点C与炮孔1所确定的平面与下一台阶侧前方爆区的台阶坡面9垂直，另一个测振点D布置在基准测振点C的一侧，起爆以后，爆炸产生的应力波向周边围岩传播并衰减为振动波，由于传播路径OC较OD短，振动信号先到达基准测振点C后到达测振点D。
测振点布设以后，统一测量炮孔1孔口位置和各个测振点的三维坐标，根据炮孔孔口坐标和炮孔深度推算出起爆点O的三维坐标，以便计算首先达到各测振点的振动波传播路径的距离；测试过程中，测振点需要预先进行时间同步，采用同步信号采集器10记录数据测量振动信号的到达时间。
起爆后，进行数据处理和分析，如下：
a)测试炮孔内炸药爆速计算：读取爆速仪中测得的相邻两组探针触发的时间差和对应炸药段的实际爆速，其中爆速由相邻的两组探针之间的间距除以对应触发信号时间差获得，用C药表示；
b)同一水平邻近爆区的岩体声速计算：根据起爆点O及测振点A和测振点B的三维坐标，计算起爆点O到测振点A和测振点B的距离OA和OB，本实施例中的OA＜OB，再计算测振点A和测振点B距离震源的距离差Δl邻＝OB–OA；从同步数据采集中读取围岩振动信号到达测振点A和测振点B的时间tA和tB，本实施例的中tA＜tB，再计算振动信号到达测振点A和测振点B的时间差Δt邻＝tB–tA；最后计算所测同一水平邻近爆区岩体的声速C邻岩＝(OB-OA)/(tB–tA)；
c)下一台阶侧前方爆区的岩体声速计算：根据起爆点O及测振点C和测振点D的三维坐标，计算起爆点O到测振点C和测振点D的距离OC和OD，由于C为基准测振点，所以OC＜OD，振动信号也是先到达基准测振点C，后到达测振点D，再计算测振点C和测振点D距离震源的距离差Δl下＝OD-OC；从同步数据采集中读取围岩振动信号到达测振点C和测振点D的到达时间tC和tD，计算振动信号到达测振点C和测振点D的时间差Δt下＝tD–tC；最后计算所测侧前方爆区岩体的声速C邻岩＝(OD–OC)/(tD–tC)；
d)不同爆区炸药与岩石波阻抗匹配关系预报：根据现场测量的炮孔内炸药的爆速和相应区域岩体声速，可获得炸药的波阻抗ρ药C药，同一水平邻近爆区岩石的波阻抗ρ邻岩C邻岩，下一台阶侧前方爆区岩石的波阻抗ρ下岩C下岩，再用炸药的波阻抗与特定爆区的岩石的波阻抗相比就得到两者的匹配关系；其中，ρ药为炮孔内炸药的密度，ρ邻岩为同一水平邻近爆区岩石的密度，ρ下岩为下一台阶侧前方爆区岩石的密度。
实施例2：
如图1和图2所示，本实施例的优化设计岩石匹配现场混装乳化炸药的方法，具体流程如下：
1)测试炮孔选定：选定上一爆区的先爆炮孔(首先起爆炮孔)作为测试炮孔，该测试炮孔内炸药的爆炸作为震源，确保到达测振点的振动信号从上一爆区的先爆炮孔发出，避免后续起爆炮孔对测试信号的干扰，同时测量测试炮孔的深度；
2)制作爆速探测装置：在距离网线端部1～2米处，用美工刀在网线的聚氯乙烯护套上剖开一条缝隙，露出一组扭成麻花状的细导线，该组细导线有两根，再用剪刀齐平剪断该组细导线，形成一组爆速测试探针；用钢卷尺在网线上测量固定间距，重复前述爆速测试探针制作工序，最终形成四组爆速测试探针，将各组爆速测试探针复原平顺，爆速探测装置即制作完成；其中，每组爆速测试探针的两根细导线端面紧靠在一起；
3)布置测振仪器：在上一爆区同一水平邻近爆区的台阶坡面中下部的裸露原岩上布置两个测振点A和B，测振点A和测振点B基本位于同一高程；在上一爆区下一台阶侧前方爆区的台阶坡面中下部的裸露原岩上布置测振点C和测振点D，测振点C和测振点D基本位于同一高程，且其中测振点C为基准测振点，即测试炮孔与测振点C所确定的平面与区下一台阶侧前方爆区的台阶坡面垂直，另一个测振点D布置在基准测振点C的一侧；其中，每个测振点都有一个测振仪器；
4)起爆点及各个测振点的三维坐标测量：利用全站仪或GPS测量起爆点及各个测振点的三维坐标，其中起爆点O的坐标间接测量获得，即起爆点O的方位坐标与炮孔孔口方位坐标相同，起爆点O的高程坐标为炮孔孔口高程减去孔深；各个测振点的坐标均直接测量获得；
5)爆速探测装置安置：将爆速探测装置的网线端部配重后放入炮孔内的底部，在炮孔孔口进行提拉，按照正常工艺进行装药，将起爆装置炮放入炮孔内的底部，然后装填炸药，使爆速探测装置埋置在炸药中，接着堵塞和连接起爆网路；
6)连接测振仪器待测：将各个测振仪器与同步信号采集器连接，并启动同步信号采集器，进入待测状态；
7)连接爆速仪待测：将缠绕在轮盘上的网线(爆速探测装置外的网线)放线至爆区外的安全区域后剪断，一般要求超出爆区范围30～50米，端部露出的细导线剥出后，按照顺序连接多段爆速仪的信号采集端口，启动多段爆速仪，进入待测状态；
8)起爆：按照爆破安全规程要求，进行爆破警戒，再下达起爆命令，起爆后执行步骤9)～步骤12)；
9)测试炮孔内炸药爆速计算：读取多段爆速仪记录的相邻的两组探针触发信号的时间差，将相邻的两组探针除以触发信号的时间差，获得测试炮孔内炸药的爆速，用C药表示；
10)同一水平邻近爆区的岩体声速计算：根据起爆点O、测振点A和测振点B的三维坐标，计算起爆点O到测振点A和测振点B的距离OA和OB，本实施例中的OA＜OB，计算测振点A和测振点B距离震源的距离差Δl邻＝OB–OA；从同步信号采集器中读取振动信号到达测振点A和测振点B的时间tA和tB，本实施例中的tA＜tB，计算振动信号到达测振点A和测振点B的时间差Δt邻＝tB–tA；最后计算同一水平邻近爆区的岩体声速C邻岩＝Δl邻/Δt邻；
11)下一台阶侧前方爆区的岩体声速计算：根据起爆点O、测振点A和测振点B的三维坐标，计算起爆点O到测振点A和测振点B的距离OA和OB，若OA＜OB，计算测振点A和测振点B距离震源的距离差Δl邻＝OB–OA，若OA＞OB，计算这两个测振点距离震源的距离差Δl邻＝OA–OB；从同步信号采集器中读取振动信号到达测振点A和测振点B的时间tA和tB，若tA＜tB，计算振动信号到达测振点A和测振点B的时间差Δt邻＝tB–tA，若tA＞tB，计算振动信号到达测振点A和测振点B的时间差Δt邻＝tA–tB；最后计算同一水平邻近爆区的岩体声速C邻岩＝Δl邻/Δt邻；
12)不同爆区炸药与岩石波阻抗匹配关系预报：将测试炮孔内炸药的爆速与测试炮孔内炸药的密度相乘，获得测试炮孔内炸药的波阻抗，即ρ药C药；将同一水平邻近爆区的岩体声速与同一水平邻近爆区岩石的密度相乘，获得同一水平邻近爆区岩石的波阻抗，即ρ邻岩C邻岩；将下一台阶侧前方爆区的岩体声速与下一台阶侧前方爆区岩石的密度相乘，获得下一台阶侧前方爆区岩石的波阻抗，即ρ下岩C下岩；
13)下一爆区炸药匹配系数试算：假设炸药配方和性能不变，进行同一水平邻近爆区或下一台阶邻近爆区的爆破施工，则炸药与岩石的波阻抗匹配关系为测试炮孔内炸药的波阻抗与同一水平邻近爆区岩石的波阻抗之间的比值，或与下一台阶侧前方爆区岩石的波阻抗之间的比值，若比值趋近于1，则说明匹配，否则，说明需要调节炸药性能；
14)下一爆区炸药性能参数要求：根据炸药与岩石波阻抗匹配的原则，明确需要调整的现场混装乳化炸药的期望炸药密度和爆速；
15)下一爆区炸药配方优化调整：根据期望炸药密度和爆速，调整现场混装炸药配方和工艺，生产优化调整后的新炸药；
16)下一爆区爆破参数设计与施工：根据调整后的现场混装炸药性能，并参考上一爆区的爆破效果，进行下一爆区的爆破参数设计并组织施工；
17)结果反馈分析：待下一爆区爆破时，再测量在测试炮孔内新炸药的爆速，并收集新爆区的爆破效果；其中，所述测量在测试炮孔内新炸药的爆速用于反馈验证优化后炸药实际性能与预期性能参数是否一致，所述收集新爆区的爆破效果用于反馈验证波阻抗匹配关系与实际爆破效果之间的对应关系；
18)方法的持续改进：根据反馈分析结果，重复执行步骤14)～步骤17)，即优化设计岩石匹配现场混装乳化炸药的方法进行进一步优化，从而实现根据爆破对象的岩性不同定制不同性能的现场混装炸药进行爆破施工，使炸药与岩石的波阻抗动态匹配，达到精细爆破和环保爆破的目的。
以上所述，仅为本发明较佳的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种优化设计岩石匹配现场混装乳化炸药的方法，其特征在于：所述方法利用上一爆区爆破施工时，同时测量测试炮孔内炸药的爆速和爆破岩体的声速，从而获得炸药与岩石的波阻抗匹配关系，再根据波阻抗匹配原则对原现场混装炸药的性能进行优化设计，接着根据优化调整后的新炸药性能，并参考上一爆区的爆破效果，进行下一爆区的爆破参数设计并组织施工；待下一爆区爆破时，再测量在测试炮孔内新炸药的爆速，并收集新爆区的爆破效果，如此循环，从而实现根据爆破对象的岩性不同定制不同性能的现场混装炸药进行爆破施工，使炸药与岩石的波阻抗动态匹配；其中，所述测量在测试炮孔内新炸药的爆速用于反馈验证优化后炸药实际性能与预期性能参数是否一致，所述收集新爆区的爆破效果用于反馈验证波阻抗匹配关系与实际爆破效果之间的对应关系。
2.根据权利要求1所述的一种优化设计岩石匹配现场混装乳化炸药的方法，其特征在于：所述测量测试炮孔内炸药的爆速，具体为：
利用由网线制成的爆速探测装置测量测试炮孔内炸药的爆速，其中爆速探测装置具有四组爆速测试探针，当炸药爆炸时的爆轰波传到每组爆速测试探针所在位置时，炸药爆炸产生的电离层将每组爆速测试探针由断开状态变为导通状态，从而发出触发信号，相邻的两组爆速测试探针之间的间距除以这两组爆速测试探针触发信号的时间差，获得测试炮孔内炸药的爆速。
3.根据权利要求1所述的一种优化设计岩石匹配现场混装乳化炸药的方法，其特征在于：所述测量爆破岩体的声速，具体为：
利用测试炮孔内炸药的爆炸作为震源，通过布置在上一爆区同一水平邻近爆区的台阶坡面中下部的两个测振仪器，以及布置在上一爆区下一台阶侧前方爆区的台阶坡面中下部的两个测振仪器，获得各个测振仪器对应测振点的围岩振动信号，同一台阶坡面的两个测振点与震源的距离差除以振动信号到达两个测振点的时间差，获得同一水平邻近爆区的岩体声速以及下一台阶侧前方爆区的岩体声速。
4.根据权利要求1所述的一种优化设计岩石匹配现场混装乳化炸药的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
1)选定上一爆区的先爆炮孔作为测试炮孔；
2)在距离网线端部1～2米处，用美工刀在网线的护套上剖开一条缝隙，露出一组扭成麻花状的细导线，该组细导线有两根，再用剪刀齐平剪断该组细导线，形成一组爆速测试探针；用钢卷尺在网线上测量固定间距，重复前述爆速测试探针制作工序，最终形成四组爆速测试探针，爆速探测装置即制作完成；其中，每组爆速测试探针的两根细导线端面紧靠在一起；
3)在上一爆区同一水平邻近爆区的台阶坡面中下部的裸露原岩上布置两个测振点，这两个测振点位于同一高程；在上一爆区下一台阶侧前方爆区的台阶坡面中下部的裸露原岩上布置两个测振点，这两个测振点位于同一高程，且其中一个测振点为基准测振点，即测试炮孔与该测振点所确定的平面与区下一台阶侧前方爆区的台阶坡面垂直，另一个测振点布置在基准测振点的一侧；其中，每个测振点都有一个测振仪器；
4)测量起爆点及各个测振点的三维坐标；
5)将爆速探测装置的网线端部配重后放入炮孔内的底部，在炮孔孔口进行提拉，再将起爆装置炮放入炮孔内的底部，然后装填炸药，使爆速探测装置埋置在炸药中，接着堵塞和连接起爆网路；
6)将各个测振仪器与同步信号采集器连接，并启动同步信号采集器，进入待测状态；
7)将爆速探测装置外的网线放线至爆区外的安全区域后剪断，端部露出的细导线剥出后，按照顺序连接多段爆速仪的信号采集端口，启动多段爆速仪，进入待测状态；
8)按照爆破安全规程要求，进行爆破警戒，再下达起爆命令，起爆后执行步骤9)～步骤11)；
9)读取多段爆速仪记录的相邻的两组探针触发信号的时间差，将相邻的两组探针除以触发信号的时间差，获得测试炮孔内炸药的爆速；
10)根据起爆点及同一水平邻近爆区的台阶坡面的两个测振点三维坐标，计算起爆点到这两个测振点的距离，再计算这两个测振点距离震源的距离差；从同步信号采集器中读取围岩振动信号到达这两个测振点的时间，再计算振动信号到达这两个测振点的时间差，这两个测振点距离震源的距离差除以振动信号到达这两个测振点的时间差为同一水平邻近爆区的岩体声速；
11)根据起爆点及下一台阶侧前方爆区的台阶坡面的两个测振点三维坐标，计算起爆点到这两个测振点的距离，再计算这两个测振点距离震源的距离差；从同步信号采集器中读取围岩振动信号到达这两个测振点的时间，再计算振动信号到达这两个测振点的时间差，这两个测振点距离震源的距离差除以振动信号到达这两个测振点的时间差为下一台阶侧前方爆区的岩体声速；
12)根据测试炮孔内炸药的爆速、同一水平邻近爆区的岩体声速以及下一台阶侧前方爆区的岩体声速，分别获得测试炮孔内炸药的波阻抗、同一水平邻近爆区岩石的波阻抗以及下一台阶侧前方爆区岩石的波阻抗；
13)假设炸药配方和性能不变，进行同一水平邻近爆区或下一台阶邻近爆区的爆破施工，则炸药与岩石的波阻抗匹配关系为测试炮孔内炸药的波阻抗与同一水平邻近爆区岩石的波阻抗之间的比值，或与下一台阶侧前方爆区岩石的波阻抗之间的比值，若比值趋近于1，则说明匹配，否则，说明需要调节炸药性能；
14)根据炸药与岩石波阻抗匹配的原则，明确需要调整的现场混装乳化炸药的期望炸药密度和爆速；
15)根据期望炸药密度和爆速，调整现场混装炸药配方和工艺，生产优化调整后的新炸药；
16)根据优化调整后的新炸药性能，并参考上一爆区的爆破效果，进行下一爆区的爆破参数设计并组织施工；
17)待下一爆区爆破时，再测量在测试炮孔内新炸药的爆速，并收集新爆区的爆破效果；其中，所述测量在测试炮孔内新炸药的爆速用于反馈验证优化后炸药实际性能与预期性能参数是否一致，所述收集新爆区的爆破效果用于反馈验证波阻抗匹配关系与实际爆破效果之间的对应关系；
18)根据反馈分析结果，重复执行步骤14)～步骤17)，从而实现根据爆破对象的岩性不同定制不同性能的现场混装炸药进行爆破施工，使炸药与岩石的波阻抗动态匹配。
5.根据权利要求4所述的一种优化设计岩石匹配现场混装乳化炸药的方法，其特征在于：步骤12)中，所述根据测试炮孔内炸药的爆速、同一水平邻近爆区的岩体声速以及下一台阶侧前方爆区的岩体声速，分别获得测试炮孔内炸药的波阻抗、同一水平邻近爆区岩石的波阻抗以及下一台阶侧前方爆区岩石的波阻抗，具体为：
将测试炮孔内炸药的爆速与测试炮孔内炸药的密度相乘，获得测试炮孔内炸药的波阻抗；将同一水平邻近爆区的岩体声速与同一水平邻近爆区岩石的密度相乘，获得同一水平邻近爆区岩石的波阻抗；将下一台阶侧前方爆区的岩体声速与下一台阶侧前方爆区岩石的密度相乘，获得下一台阶侧前方爆区岩石的波阻抗。
6.根据权利要求4所述的一种优化设计岩石匹配现场混装乳化炸药的方法，其特征在于：步骤4)中，所述测量起爆点及各个测振点的三维坐标，具体为：
起爆点的三维坐标间接测量获得，即起爆点的方位坐标与炮孔孔口方位坐标相同，起爆点的高程坐标为炮孔孔口高程减去炮孔深度；各个测振点的三维坐标直接测量获得。
7.根据权利要求6所述的一种优化设计岩石匹配现场混装乳化炸药的方法，其特征在于：步骤4)中，所述起爆点及各个测振点的三维坐标利用全站仪或GPS测量。
8.根据权利要求2所述的一种优化设计岩石匹配现场混装乳化炸药的方法，其特征在于：步骤10)，具体为：
设起爆点为O，同一水平邻近爆区的台阶坡面的两个测振点分别为A和B，根据起爆点O、测振点A和测振点B的三维坐标，计算起爆点O到测振点A和测振点B的距离OA和OB，若OA＜OB，计算测振点A和测振点B距离震源的距离差Δl邻＝OB–OA，若OA＞OB，计算这两个测振点距离震源的距离差Δl邻＝OA–OB；从同步信号采集器中读取振动信号到达测振点A和测振点B的时间tA和tB，若tA＜tB，计算振动信号到达测振点A和测振点B的时间差Δt邻＝tB–tA，若tA＞tB，计算振动信号到达测振点A和测振点B的时间差Δt邻＝tA–tB；最后计算同一水平邻近爆区的岩体声速C邻岩＝Δl邻/Δt邻。
9.根据权利要求2所述的一种优化设计岩石匹配现场混装乳化炸药的方法，其特征在于：步骤11)，具体为：
设起爆点为O，下一台阶侧前方爆区的台阶坡面的两个测振点分别为C和D，其中测振点C为基准测振点，计算起爆点O到测振点C和测振点D的距离OC和OD，再计算两个测振点距离震源的距离差Δl下＝OD–OC；从同步信号采集器中读取振动信号到达测振点C和测振点D的时间tC和tD，再振动信号到达测振点C和测振点D的时间差Δt下＝tD–tC；最后计算下一台阶侧前方爆区的岩体声速C下岩＝Δl下/Δt下。
10.根据权利要求3-9任一项所述的一种优化设计岩石匹配现场混装乳化炸药的方法，其特征在于：所述测振仪器为振动传感器。
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