CN113639948B - 用于测定边坡稳定性的爆破振动试验装置及评价预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于测定边坡稳定性的爆破振动试验装置及评价预警方法，涉及到采矿专业边坡稳定性检测技术领域，包括钢结构箱体，所述钢结构箱体内部设置有边坡模型以及钢结构箱体前侧开口处底部固定设置有承重钢板，所述钢结构箱体下方固定设置有减振底座，所述钢结构箱体的上边框处固定设置有螺纹伸缩机构。本发明可以同时与速度传感器以及加速度传感器进行协同工作，进而测得多组参考数据，避免类比误差较大，影响所测数据的准确性，另外通过建立边坡模型的方式使得技术人员既可以通过控制主机获得预警通报，也可以直接观察现场爆点周围振动波传递情况，及时发现危险处并采取调节控制炸药当量措施处理预警，保证边坡安全，采场安全生产。

Description

用于测定边坡稳定性的爆破振动试验装置及评价预警方法

技术领域

本发明涉及采矿专业边坡稳定性检测技术领域，特别涉及一种用于测定边坡稳定性的爆破振动试验装置及评价预警方法。

背景技术

在采矿工业爆破开采过程中所产生的爆破振动波会在一定程度上对边坡造成影响，因此研究爆破振动波在边坡内部的传播规律，估算边坡的稳定安全系数、边坡安全振速以及临界振速，能够对露天矿边坡的稳定性进行有效的爆破振动监测，保障矿山的安全生产意义重大，实验室在进行上述监测试验测取数据时，需要使用在点爆破影响下测定边坡稳定性的试验装置。

现有的测定边坡稳定性的试验装置在使用时存在的主要不足是：类似模型架的侧壁为木质或钢制，会产生不可忽视的反射波，并且在边坡模型含水量较大时，木质侧壁易受腐蚀，耐久性差；钢制侧壁会对整体试验数据产生较大的影响，以及对测定数据与现场具体数据存在误差较大，而且还不便于观察及测量，另外现有试验装置的制作成本偏高，使用周期整体偏短，而且不能同时与速度传感器以及加速度传感器进行协同工作。

另外，边坡的安全监测预警是一个复杂的工程系统决策问题，边坡稳定性受内在及外在因素的多方面影响例如边坡地质及岩质条件对边坡稳定性的影响就很难用明确的界限来划分，只能根据专家的经验及规范的相关规定来大概确定一定的范围，现有边坡稳定性的评价预警方法中，大部分是对位移的监测，缺乏必要的对边坡稳定安全系数、边坡安全振速以及临界振速进行预测，因此在对露天岩质实施爆破操作时，爆破现场附近边坡的稳定性无法预测，在保证边坡稳定的前提下爆破炸药的当量的上限也无法确定。

因此，发明一种用于测定边坡稳定性的爆破振动试验装置及评价预警方法来解决上述问题很有必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于测定边坡稳定性的爆破振动试验装置及评价预警方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于测定边坡稳定性的爆破振动试验装置，包括钢结构箱体，所述钢结构箱体内部设置有边坡模型以及钢结构箱体前侧开口处底部固定设置有承重钢板，所述钢结构箱体下方固定设置有减振底座，所述钢结构箱体的上边框处固定设置有伸缩机构；

所述减振底座包括减振底板和多个减振弹簧组件，多个均匀分布的所述减振弹簧组件一端固定设置于减振底板后部的上表面，另一端与钢结构箱体底部固定连接；

所述伸缩机构包括延伸臂、螺纹伸缩组件和水平放置台，所述延伸臂一端与钢结构箱体前端固定连接，另一端与螺纹伸缩组件的输出轴固定连接，所述液压缸底部与水平放置台固定连接。

优选的，所述减振弹簧组件包括防护壳体和弹簧，所述防护壳体设置为橡胶波纹管，所述防护壳体两端与弹簧两端均分别与钢结构箱体底端以及减振底板对应位置固定连接，所述弹簧位于防护壳体内部。

优选的，所述边坡模型包括泡沫板、下岩层、设置在泡沫板与下岩层之间的边坡主体和多组传感器组，多组所述传感器组均匀设置在边坡主体的内部，任意一组所述传感器组均包括至少一个速度传感器以及一个加速度传感器。

优选的，所述钢结构箱体两侧均固定嵌套设置于有钢化玻璃，所述钢化玻璃设置有四个。

本发明还提供了一种用于测定边坡稳定性的评价预警方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1、采集采场边坡几何结构参数、边坡内监测仪表位置参数和监测仪表位置的监测数据；

S2、采集采场边坡各层岩体试样，试验确定边坡各层岩体的物理力学参数，然后逐层计算确定待建的边坡模型中所对应各层岩体试样的物理力学参数；

S3、利用S1和S2所获得的各种参数，按照比例确定边坡模型尺寸与结构，构建爆破振动试验装置，同时选择不同高度重球自由下落敲击边坡模型底部钢板的方式产生入射波，以此入射波的方式替代爆炸物所产生的入射波；选择以重球自由下落点为中心环形布设各边坡层的速度传感器和加速度传感器，速度传感器和加速度传感器与控制主机电性连接；

S4、以现场实测速度值为定量，由试验及现场速度值的比例关系，求得现场炸药当量与之相对应的试验重球下落高度：当试验测得某位置速度值峰值满足与现场对应位置速度值的比例关系时，此时试验重球高度H对应现场炸药当量，控制实验重球以H为基准自由下落至边坡模型底部钢板时产生入射波，入射波从落点开始呈环形放射传播至边坡模型，控制主机采集速度传感器和加速度传感器检测数据信号并进行分析，计算出同一当量下边坡上速度及加速度变化曲线，对重球基准高度H以倍数增加自由下落至边坡模型底部钢板直至边坡产生破坏，输出此时速度值、加速度值及重球下落高度，按比例关系求得此时对应现场炸药当量值W、不同位置速度危险值V和不同位置加速度危险值A，将第一次从现场数据向试验数据转化波形图相邻峰值差作为安全区间，差值在一个周期区间为稳定区间，在两个及以上周期区间为危险区间。

优选的，所述采场边坡几何结构参数及边坡内监测仪表位置参数包括：边坡高度、厚度、坡角、几何形状、速度传感器和加速度传感器位置，监测仪表位置的监测数据包括现场实测的速度和加速度数据。

优选的，所述各层岩体试样物理参数包括密度、含水量、剪切强度指标、抗压强度和变形参数，根据各层岩体试样的密度、含水量、剪切强度、抗压强度和变形参数及相似常数逐层计算确定边坡模型中所对应各层岩体的物理力学参数，然后利用正交试验法，按GBJ123-88和DLJ204（SLJ2-81）进行各层岩体的物理力学性质测定的配比试验，确定采用材料的配方和配比，以及采用材料性质稳定具有相似含水量，并计算各层采用材料的用量。

优选的，在S3中，所述构建爆破振动装置有三种搭建方法选择：即整体浇筑法、分层浇筑法或砌块砌筑法。

优选的，在S3中，所述加速度传感器埋设在与爆炸中心相连的中心轴线上及所在点的中心轴线的垂面上，所述速度传感器埋设剖面图和加速度传感器相同。

本发明的技术效果和优点：

1、本发明的装置设置有螺纹伸缩机构，便于在试验过程中，调节水平放置台与长方形底板之间间距，从而控制入射波的振幅和频率，振动效果更加理想，精细化了试验过程数据的采集过程，可以较为方便的对变量进行观察，大幅缩短了试验时长、节约了试验成本；

2、本发明的装置设置有钢化玻璃，方便技术人员在试验中箱体内的模拟边坡体进行观察，还可以避免在堆砌模拟边坡体过程中出现物料泄露的情况；

3、本发明的装置设置有弹簧，利用防护壳体对弹簧进行防护，进而避免弹簧直接裸露在外部环境中，可以有效延长弹簧的使用寿命；

4、本发明的装置可以同时与速度传感器以及加速度传感器进行协同工作，进而测得多组参考数据，避免类比误差较大，影响所测数据的准确性；

5、本发明的方法通过建立边坡模型的方式，在保证边坡稳定的前提下测得爆破炸药当量的上限，以爆炸点附近测得的边坡安全振速及临界振速为界限，当即将发生危险时，技术人员既可以通过控制主机获得预警通报，也可以直接观察现场爆点周围振动波传递情况，及时发现危险处并采取调节控制炸药当量措施处理预警，保证边坡安全，采场安全生产。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为本发明的减振底板俯视结构示意图。

图3为本发明的边坡模型侧面剖视结构示意图。

实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1-图3所示，本发明的一种用于测定边坡稳定性的爆破振动试验装置，包括钢结构箱体1，钢结构箱体1内部设置有边坡模型6以及钢结构箱体1前侧开口处底部固定设置有承重钢板5，钢结构箱体1下方固定设置有减振底座，钢结构箱体1的上边框处固定设置有伸缩机构；

减振底座包括减振底板8和多个减振弹簧组件9，多个均匀分布的减振弹簧组件9一端固定设置于减振底板8后部的上表面，另一端与钢结构箱体1底部固定连接；

本发明的伸缩机构包括延伸臂2、螺纹伸缩组件3和水平放置台4，延伸臂2一端与钢结构箱体1前端固定连接，另一端与螺纹伸缩组件3的输出轴固定连接，螺纹伸缩组件3底部与水平放置台4固定连接。其螺纹伸缩机构，便于在试验过程中，调节水平放置台与长方形底板之间间距，从而控制入射波的振幅和频率，振动效果更加理想，精细化了试验过程数据的采集过程，可以较为方便的对变量进行观察，大幅缩短了试验时长、节约了试验成本；

更为具体的，减振弹簧组件9包括防护壳体91和弹簧92，防护壳体91设置为橡胶波纹管，防护壳体91两端与弹簧92两端均分别与钢结构箱体1底端以及减振底板8对应位置固定连接，弹簧92位于防护壳体91内部。

同时，边坡模型6包括泡沫板61、下岩层62、设置在泡沫板61与下岩层之62间的边坡主体63和多组传感器组64，多组传感器组64均匀设置在边坡主体63的内部，任意一组传感器组64均包括至少一个速度传感器以及一个加速度传感器。这样可以同时与速度传感器以及加速度传感器进行协同工作，进而测得多组参考数据，避免类比误差较大，影响所测数据的准确性；

另外，钢结构箱体1两侧均固定嵌套设置于有钢化玻璃7，钢化玻璃7设置有四个。本发明的装置设置有钢化玻璃，方便技术人员在试验中箱体内的模拟边坡体进行观察，还可以避免在堆砌模拟边坡体过程中出现物料泄露的情况。

上述装置工作原理：

实际使用时，技术人员通过实际的地质及实验情况将露天边坡，所需炸药量，爆破点及爆破频率转换为本装置的类比边坡，小球下落高度，小球实际质量、落点及所用材质，通过调节螺纹来使螺纹伸缩组件3带动其输出轴伸出或缩回，进而使得液压缸带动水平放置台4进行升降，在水平放置台4升降的过程中，技术人员可以对水平放置台4与承重钢板5之间的距离进行实时检测；

当水平放置台4与承重钢板5之间的距离为200mm时，技术人员可以将竖向荷载加载在水平放置台4顶部，竖向荷载选用质量为2kg，直径150mm，内装细砂的充气橡胶球，然后对该充气橡胶球进行水平推动，进而使得该充气橡胶球由水平放置台4顶部滚落，并砸在承重钢板5顶部，重复三次后，记录边坡模型6中多组传感器组64所检测到的数据，并选择各通道波形较平稳的一组数据作为对比数据一；

当水平放置台4与承重钢板5之间的距离为400mm、600mm和800mm时，再次重复上述操作，并筛选出对比数据二、对比数据三和对比数据四即可。

实施例2

本发明还提供了一种用于测定边坡稳定性的评价预警方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1、采集采场边坡几何结构参数、边坡内监测仪表位置参数和监测仪表位置的监测数据，采场边坡几何结构参数及边坡内监测仪表位置参数包括：边坡高度、厚度、坡角、几何形状、速度传感器和加速度传感器位置，监测仪表位置的监测数据包括现场实测的速度和加速度数据；

S2、采集采场边坡各层岩体试样，试验确定边坡各层岩体的物理力学参数，然后逐层计算确定待建的边坡模型中所对应各层岩体的物理力学参数，物理参数包括密度、含水量、剪切强度指标、抗压强度和变形参数；

S3、利用S1和S2所获得的各种参数，按照比例确定边坡模型尺寸与结构，建立上述的爆破振动试验装置，同时选择不同高度重球自由下落敲击边坡模型底部钢板的方式产生入射波，以此入射波的方式替代爆炸物所产生的入射波；选择以重球自由下落点为中心环形布设各边坡层的速度传感器和加速度传感器，速度传感器和加速度传感器与控制主机电性连接；

S4、以现场实测速度值为定量，由试验及现场速度值的比例关系，求得现场炸药当量与之相对应的试验重球下落高度：当试验测得某位置速度值峰值满足与现场对应位置速度值的比例关系时，此时试验重球高度H对应现场炸药当量，控制实验重球以H为基准自由下落至边坡模型底部钢板时产生入射波，入射波从落点开始呈环形放射传播至边坡模型，控制主机采集速度传感器和加速度传感器检测数据信号并进行分析，计算出同一当量下边坡上速度及加速度变化曲线，对重球基准高度H以倍数增加自由下落至边坡模型底部钢板直至边坡产生破坏，输出此时速度值、加速度值及重球下落高度，按比例关系求得此时对应现场炸药当量值W、不同位置速度危险值V和不同位置加速度危险值A，同时由于试验速度加速度向现场速度加速度转化存在一定误差，因此将第一次从现场数据向试验数据转化波形图相邻峰值差作为安全区间，差值在一个周期区间为稳定区间，在两个及以上周期区间为危险区间。

需要说明的是，根据边坡各层岩体试样的密度、含水量、剪切强度、抗压强度和变形参数及相似常数逐层计算确定边坡模型中所对应各层岩体的物理力学参数，然后利用正交试验法，按GBJ123-88和DLJ204（SLJ2-81）进行各层岩体的物理力学性质测定的配比试验，确定采用材料的配方和配比，以及采用材料性质稳定具有相似含水量，并计算各层采用材料的用量。

同时，在S3中，所述边坡模型有三种搭建方法选择：即整体浇筑法、分层浇筑法或砌块砌筑法。

另外，在S3中，所述加速度传感器埋设在与爆炸中心相连的中心轴线上及所在点的中心轴线的垂面上，所述速度传感器埋设剖面图和加速度传感器相同。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于测定边坡稳定性的评价预警方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1、采集采场边坡几何结构参数、边坡内监测仪表位置参数和监测仪表位置的监测数据；

S2、采集采场边坡各层岩体试样，试验确定边坡各层岩体的物理力学参数，然后逐层计算确定待建的边坡模型中所对应各层岩体试样的物理力学参数；

S3、利用S1和S2所获得的各种参数，按照比例确定边坡模型尺寸与结构，构建爆破振动试验装置，同时选择不同高度重球自由下落敲击边坡模型承重钢板的方式产生入射波，以此入射波的方式替代爆炸物所产生的入射波；选择以重球自由下落点为中心环形布设各边坡层的速度传感器和加速度传感器，速度传感器和加速度传感器与控制主机电性连接；

所述的爆破振动试验装置包括钢结构箱体（1），所述钢结构箱体（1）内部设置有边坡模型（6）以及钢结构箱体（1）前侧开口处底部固定设置有承重钢板（5），所述钢结构箱体（1）下方固定设置有减振底座，所述钢结构箱体（1）的上边框处固定设置有伸缩机构；

所述减振底座包括减振底板（8）和多个减振弹簧组件（9），多个均匀分布的所述减振弹簧组件（9）一端固定设置于减振底板（8）后部的上表面，另一端与钢结构箱体（1）底部固定连接；

所述的伸缩机构由延伸臂（2）、螺纹伸缩组件（3）和水平放置台（4）组成，所述的延伸臂（2）一端与钢结构箱体（1）前端的上边框垂直固定连接，另一端与螺纹伸缩组件（3）的输出端通过螺纹固定连接，螺纹伸缩组件底部与水平放置台（4）固定连接；

S4、以现场实测速度值为定量，由试验及现场速度值的比例关系，求得现场炸药当量与之相对应的试验重球下落高度：当试验测得某位置速度值峰值满足与现场对应位置速度值的比例关系时，此时重球高度H对应现场炸药当量，控制重球以H为基准自由下落至边坡模型的承重钢板时产生入射波，入射波从落点开始呈环形放射传播至边坡模型，控制主机采集速度传感器和加速度传感器检测数据信号并进行分析，计算出同一当量下边坡上速度及加速度变化曲线，对重球高度H以倍数增加自由下落至边坡模型承重钢板直至边坡产生破坏，输出此时速度值、加速度值及重球下落高度，按比例关系求得此时对应现场炸药当量值W、不同位置速度危险值V和不同位置加速度危险值A，将第一次从现场数据向试验数据转化波形图相邻峰值差作为安全区间，差值在一个周期区间为稳定区间，在两个及以上周期区间为危险区间。

2.根据权利要求1所述一种用于测定边坡稳定性的评价预警方法，其特征在于：所述采场边坡几何结构参数及边坡内监测仪表位置参数包括：边坡高度、厚度、坡角、几何形状、速度传感器和加速度传感器位置，监测仪表位置的监测数据包括现场实测的速度和加速度数据。

3.根据权利要求1所述一种用于测定边坡稳定性的评价预警方法，其特征在于：所述各层岩体试样的物理力学参数包括密度、含水量、剪切强度指标、抗压强度和变形参数，根据各层岩体试样的密度、含水量、剪切强度、抗压强度和变形参数及相似常数逐层计算确定边坡模型中所对应各层岩体的物理力学参数，然后利用正交试验法，按GBJ123-88和DLJ204进行各层岩体的物理力学性质测定的配比试验，确定采用材料的配方和配比，以确定材料性质稳定的含水量，并计算各层采用材料的用量。

4.根据权利要求1所述一种用于测定边坡稳定性的评价预警方法，其特征在于：在S3中，所述构建爆破振动试验装置有三种搭建方法选择：即整体浇筑法、分层浇筑法或砌块砌筑法。

5.根据权利要求1所述一种用于测定边坡稳定性的评价预警方法，其特征在于：在S3中，所述布设各边坡层的速度传感器和加速度传感器是在与爆炸中心相连的中心轴线上及所在点的中心轴线的垂面上布设，速度传感器的埋设剖面图和加速度传感器相同。

6.根据权利要求1所述一种用于测定边坡稳定性的评价预警方法，其特征在于：所述减振弹簧组件（9）包括防护壳体（91）和弹簧（92），所述防护壳体（91）设置为橡胶波纹管，所述防护壳体（91）两端与弹簧（92）两端均分别与钢结构箱体（1）底端以及减振底板（8）对应位置固定连接，所述弹簧（92）位于防护壳体（91）内部。

7.根据权利要求1所述用于测定边坡稳定性的评价预警方法,用于测定边坡稳定性的爆破振动试验装置，其特征在于：所述边坡模型（6）包括泡沫板（61）、下岩层（62）、设置在泡沫板（61）与下岩层（62）之间的边坡主体（63）和多组传感器组（64），多组所述的传感器组（64）均匀设置在边坡主体（63）的内部，任意一组所述传感器组（64）均包括至少一个速度传感器以及一个加速度传感器。

8.根据权利要求1所述用于测定边坡稳定性的评价预警方法，其特征在于：所述钢结构箱体（1）两侧均固定嵌套设置有钢化玻璃（7），所述钢化玻璃（7）设置有四个。