CN113252158A - 基于数码电子雷管的爆破振动预测方法 - Google Patents

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CN113252158A CN202110390020.4A CN202110390020A CN113252158A CN 113252158 A CN113252158 A CN 113252158A CN 202110390020 A CN202110390020 A CN 202110390020A CN 113252158 A CN113252158 A CN 113252158A
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张志刚
姜德义
李勇
于魏清
王继峰
周晓红
赵彭
李强
厉建兴
叶鑫
耿宏银
韩廷亮
张计璨
王德玲
徐海峰
杨宗玲
夏光
吴竞
王召锋
潘先峰
金富
翟清翠
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Abstract

本发明公开了基于数码电子雷管的爆破振动预测方法，其方法步骤如下：S1：在爆破区域的群孔中选择一炮孔作为基准爆破孔；S2：在基准爆破孔外围选取若干测点，并在基准爆破孔和测点的径向方向上布置测振仪；S3：采集基准爆破孔和其余炮孔的振动数据，并记录爆破参数；S4：对采集到的基准爆破孔的振动数据进行分析，输入n分段下群孔爆破的微差时间，预测出测点完整的爆破振动波形及群孔最大爆破振动速度；S5：拟合微差时间与质点最大爆破振动速度、降振率的关系曲线。本发明通过单孔爆破振动波形预测的群孔爆破振动波形相比传统的公式加经验的预测方法更有效可靠。

Description

基于数码电子雷管的爆破振动预测方法
技术领域
本发明涉及爆破振动安全技术领域，尤其涉及基于数码电子雷管的爆破振动预测方法。
背景技术
现有的爆破振动的预测主要采用萨道夫斯基公式，但是其主要用于预测爆心距相对于爆区分布范围较大的情况，而对爆破近区的预测误差较大，因此提供一种更加有效可靠的爆破振动的预测方法是本发明所要解决的技术问题。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了基于数码电子雷管的爆破振动预测方法，相比传统的公式加经验的预测方法更有效可靠。
本发明提出的基于数码电子雷管的爆破振动预测方法，方法步骤如下：
S1：在爆破区域的群孔中选择一炮孔作为基准爆破孔；
S2：在基准爆破孔外围选取若干测点，并在基准爆破孔和测点的径向方向上布置测振仪；
S3：采集基准爆破孔的振动数据，并记录爆破参数；
S4：对采集到的基准爆破孔的振动数据进行分析，输入n分段下群孔爆破的微差时间，预测出测点完整的爆破振动波形及质点最大爆破振动速度；
S5：拟合不同微差时间与质点最大爆破振动速度、降振率的关系曲线。
优选地，所述基准爆破孔为群孔中的末位爆破孔，且该末位爆破孔与相邻的爆破孔爆破的延期时间间隔不小于500ms。
优选地，所述测振仪不少于3台，且所述测振仪布置于基岩或利用测振振子楔入地面。
优选地，所述爆破参数包括炮孔位置、测点距离、孔深、传播介质、单孔药量、孔排距和爆破网络。
优选地，所述S4中完整的爆破振动波形的表达式为：
Figure BDA0003016293520000011
式中：S(T)为测点总的爆破振动速度，T为爆破振动全过程中某一时刻；Ki为第i个分段的药量系数，当每个分段装药量、炸药品种等爆破参数相同时，取1；S(t-ti)为第i个分段炸药爆炸后产生的质点振动速度；ti为第i个分段炸药爆炸后地震波由震源传到测点的时间；n为分段数量；δ(t)为单位阶跃信号表达式为：
Figure BDA0003016293520000021
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
(1)本发明利用Matlab程序数值模拟，采用单孔爆破振动的波形来对群孔爆破振动波形进行预测的方法可以将群孔爆破振动峰值速度误差率控制在16％以内，说明了该方法预测的群孔爆破振动波形与实测爆破振动波形的变化规律基本一致，相比传统的公式加经验的预测方法更加有效可靠。
(2)降低爆破爆破振动效应的微差时间并非在半个主振波形周期，在0-100ms周期内，爆破振动强度在16ms-20ms区间内的降振率尤其明显，达到60ms以上时，群孔振动信号可以通过单孔爆破振动的信号独立作用。
(3)在爆破区域近区，微差时间对降振有明显作用，最大可降低69.7％；在爆破区域中远区，微差时间降振效果一般，在爆破施工前利用本发明预测程序最优降振效果微差时间，在不同距离都可以有效地控制爆破振动强度。
附图说明
图1为本发明提出的实施例的炮孔和测点布置图；
图2为本发明提出的实施例的测点M1测定的基准爆破孔爆破振动波形；
图3为本发明提出的实施例的测点M2测定的基准爆破孔爆破振动波形；
图4为本发明提出的实施例的测点M3测定的基准爆破孔爆破振动波形；
图5为本发明提出的实施例的测点M1模拟与实测群孔爆破振动波形；
图6为本发明提出的实施例的测点M2模拟与实测群孔爆破振动波形；
图7为本发明提出的实施例的微差时间与质点最大爆破振动速度关系曲线；
图8为本发明提出的实施例的微差时间与降振率关系曲线；
图9为本发明提出的验证例的不同微差时间下S1测点爆破振动速度衰减规律；
图10为本发明提出的验证例的不同微差时间下各测点振速峰值；
图11为本发明提出的验证例的不同微差时间下各测点主频。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例
按照试验实施步骤，单孔爆破孔(基准爆破孔)选取群孔爆破的末炮孔，单孔爆破孔与群孔爆破倒数第二炮孔延期时间间隔设置为500ms，炮孔和测点位置如图1所示。
图2-4是对测点的单孔振动数据进行记录(包括M1、M2和M3三个测点)，表1为单孔爆破参数及实测单孔爆破真毒速度峰值。
表1单孔爆破参数及峰值振速
Figure BDA0003016293520000031
在进行群组炮孔爆破前，根据已有的爆破设计参数，调取三个通道中振速最大的单孔振动波形，采用本申请的预测程序在22ms微差时间下进行10次叠加的群孔爆破振动波形数值模拟，并在爆破后将预测的群孔爆破振动波形与实测群孔爆破振动数据进行比对。测点3波形失真，测点1、2的模拟与实测群孔爆破振动波形如图5-6所示。
从图5-6可以看出，在2个不同位置预测的爆破振动波形，与实测爆破振动波形(通过对群孔爆破的振动数据进行测定，确定实际爆破振动波形)的变化规律基本一致，振动增强和减弱的发生时间也接近，本研究预测得到的爆破振动波形基本反映了爆破振动在各测点的波形振动变化趋势。通过表2可以发现，2个测振点实测振动速度峰值va与预测振动速度峰值vp接近，其误差率不超过16％，远低于采用萨道夫斯基公式回归预测分析方法，可以说明爆破振动速度峰值预测的方法是有效可靠的。
表2模拟与实测群孔爆破振动数据对比
Figure BDA0003016293520000032
Figure BDA0003016293520000041
爆破振动的强度在主振频率相似情况下，主要由最大爆破振动速度来体现，故可以拟合不同微差时间与质点最大爆破振动速度关系曲线。
利用“降振率”来描述单孔爆破振动信号n次叠加后最大振动速度减弱的程度，计算利用齐爆(微差时间为0ms)与不同微差时间叠加后的最大振动速度之差，利用差值与齐爆振动速度比值衡量降振率，即
Figure BDA0003016293520000042
式中：v0为齐爆质点最大爆破振速度动；vi为不同微差时间在n分段下的质点最大爆破振动速度。编制式(3)计算程序即可得到降振率随微差时间的变化曲线。
如图7所示，在整个微差时间段0-100ms内，群孔爆破爆破叠加信号峰值随微差时间的存在不同程度的增强和减弱，在18ms处为最大降振率，相比齐爆降振率达到92.5％，这并不符合“Δt＝T/2”(25ms)时半个主振波形周期相减的干扰降震理论，这是由于爆破振动信号为一种典型的非平稳随机信号，具有短时、突变快的特征。
如图8所示，叠加群孔爆破振动信号的随微差时间的变化规律如下，叠加信号峰值随着微差时间的产生迅速降低，且在18ms时差点上降幅率达到最大，达到了92.5％以上，群孔爆破振动信号在16ms-20ms区间内的降振率尤其明显，达到了91.5％以上。当微差时间在60ms以上时，群孔爆破振动信号降振率接近为一条直线，其爆破振动峰值接近单孔爆破振动信号峰值，说明各个单孔振动信号的主振相互干扰叠加作用已消除，此时的群孔振动信号是由单孔爆破振动信号独立作用的结果。
验证例
在杭州某石灰岩采场进行4组群孔爆破试验，现场实验仪器有四川拓普的NUBOX-8016、GPS测量仪，通过爆破试验的实测不同微差时间下爆破振动速度峰值，验证预测的爆破振动微差时间准确性。群孔与单孔爆破参数保持一致，爆破炮孔直径120mm，孔深10.0m，孔网参数为5m×4m，单孔药量49kg，共10孔，爆破总药量490kg，无间隔耦合装药，每孔安装1发数码电子雷管。4组实验排间选用数码电子雷管，组成微差时间为18ms、22ms、27ms和50ms的微差起爆网路，在每次测振区域由近及远径向布置3个监测点，分别记为S1、S2和S3，实测群孔爆破振动速度峰值见表3，4次监测中S1测点爆破振动速度衰减规律和如图9所示。
表3不同微差时间下各测点爆破振动速度数据
Figure BDA0003016293520000051
通过对4组微差试爆区12个测点测得的振动速度峰值分析发现：各测点爆破振动的主振频率基本保持在9-20HZ内，微差时间对主振频率的影响不明显。在65m处，微差时间选取18ms时，S1测点测得最小爆破振动速度峰值为0.701cm/s；在95m处，微差时间选取18ms时，S1测点测得最小爆破振动速度峰值0.477cm/s；在125m处，微差时间选取18ms时，S1测点测得最小爆破振动速度峰0.305cm/s；
试验结果显示，选取18ms的进行微差逐孔爆破时，各测点爆破振动速度峰值低于其他三种情况，可证实通过本研究进行的单孔爆破振动叠加预测方法与实际相符。
由图10-11可知，爆破地震波传播过程中，随着爆心距的增加爆破振动速度峰值不断衰减；爆破振动主频基本持续在一个区间，只有少数测点主频发生突变。同一测点随着微差时间的改变，爆破振动速度峰值在出现不同程度降低，爆破振动的主振频率变化不明显；在爆破区域近区，随微差时间的改变有明显降振效果，最大可降低69.7％；在爆破区域中远区，随微差时间的改变降振效果一般，对于降振效果最优微差时间18ms，虽然降振效果不明显，但爆破振动主振频率明显提高，这对于构筑物(自有频率一般低于10Hz)起到了一定的保护作用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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揭露的技术范围内，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，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于数码电子雷管的爆破振动预测方法，其特征在于，方法步骤如下：
S1：在爆破区域的群孔中选择一炮孔作为基准爆破孔；
S2：在基准爆破孔外围选取若干测点，并在基准爆破孔和测点的径向方向上布置测振仪；
S3：采集基准爆破孔的振动数据，并记录爆破参数；
S4：对采集到的基准爆破孔的振动数据进行分析，输入n分段下群孔爆破的微差时间，预测出测点完整的爆破振动波形及群孔最大爆破振动速度；
S5：拟合不同微差时间与质点最大爆破振动速度、降振率的关系曲线。
2.根据权利要求1所述的基于数码电子雷管的爆破振动预测方法，其特征在于，所述基准爆破孔为群孔中的末位爆破孔，且该末位爆破孔与相邻的爆破孔爆破的延期时间间隔不小于500ms。
3.根据权利要求1所述的基于数码电子雷管的爆破振动预测方法，其特征在于，所述测振仪不少于3台，且所述测振仪布置于基岩或利用测振振子楔入地面。
4.根据权利要求1所述的基于数码电子雷管的爆破振动预测方法，其特征在于，所述爆破参数包括炮孔位置、测点距离、孔深、传播介质、单孔药量、孔排距和爆破网络。
5.根据权利要求1所述的基于数码电子雷管的爆破振动预测方法，其特征在于，所述S4中完整的爆破振动波形的表达式为：
Figure FDA0003016293510000011
式中：S(T)为测点总的爆破振动速度，T为爆破振动全过程中某一时刻；Ki为第i个分段的药量系数，当每个分段装药量、炸药品种等爆破参数相同时，取1；S(t-ti)为第i个分段炸药爆炸后产生的质点振动速度；ti为第i个分段炸药爆炸后地震波由震源传到测点的时间；n为分段数量；δ(t)为单位阶跃信号表达式为：
Figure FDA0003016293510000012
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