PL232098B1 - Sposób określania wartości poziomej stycznej amplitudy drgań gruntu dla różnych odległości od źródła drgań - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób określania wartości poziomej stycznej amplitudy Ay drgań gruntu dla różnych odległości od źródła drgań wytworzonych poprzez odpalenie ładunku materiału wybuchowego [MW] umieszczonego w otworach strzałowych, znajdujący zastosowanie w górnictwie odkrywkowym w celu określenia czy rozkład drgań parasejsmicznych układa się kołowo. Sposób ten może być stosowany również przy urabianiu za pomocą ładunków materiału wybuchowego [MW] zamarzniętych gruntów i skał pod trasy gazociągu, ropociągu, trakcję kolejową, drogi i autostrady.

Wykonywanie prac w górnictwie odkrywkowym z użyciem materiałów wybuchowych prowadzi do powstania drgań parasejsmicznych, mogących oddziaływać na lokalną zabudowę. Ponieważ przyczyną powstania drgań nie są wybuchy wulkanów czy trzęsienia ziemi, dlatego drgania te nazywane są parasejsmicznymi. Skały urabia się w kopalni odkrywkowej strzelaniem za pomocą materiałów wybuchowych, które powodują drgania urabianego ośrodka a następnie gruntu. Drgania te przenoszą się poprzez propagacje fal parasejsmicznych w gruncie we wszystkich kierunkach i działają szkodliwie na infrastrukturę drogową i mieszkalną. Wielkość szkodliwego oddziaływania drgań zależy w danym terenie od wielkości odstrzeliwanego ładunku materiału wybuchowego oraz odległości między kopalnią a danym obiektem. Parametrem pozwalającym na porównywanie wartości poszczególnych drgań spowodowanych strzelaniem za pomocą materiałów wybuchowych jest przykładowo amplituda drgań w punkcie i odpowiadająca jej częstotliwość. Parametry te związane są z warunkami geologiczno-tektonicznymi falowodu, a w konsekwencji z miejscem robót strzałowych wynikających z postępu wydobycia. Wpływa to na warunki przewodnictwa parasejsmicznego w obrębie eksploatowanego złoża i poza nim. W przypadku prowadzenia robót strzałowych w pobliżu obiektów chronionych konieczne jest prowadzenie pomiarów kontrolnych warunków propagacji parasejsmicznej opartych na przykład na amplitudzie drgań gruntu. Jedną z metod oceny wpływu drgań gruntu na powierzchnię terenu jest bezpośredni pomiar parametrów drgań gruntu, przykładowo amplitudy drgań i jej częstotliwości, którego wyniki odpowiednio zinterpretowane umożliwiają zastosowanie skali empirycznej stworzonej w oparciu o rzeczywiste, stwierdzone skutki oddziaływania drgań o określonych parametrach na budynki. Wstępną analizę intensywności drgań dokonuje się w oparciu o wyznaczone maksymalne wartości mierzonego parametru, przykładowo wartości poziomej stycznej amplitudy Ay drgań gruntu. Uwzględnienie wyników analizy drgań parasejsmicznych w procesach wybuchowego urabiania skał jest istotnym czynnikiem poprawy efektywności urabiania skały i bezpieczeństwa sejsmicznego przyległych obiektów.

Znany jest z polskiego opisu wynalazku PL 169129 sposób określania maksymalnej wielkości składowej prędkości drgań cząstek gruntu i budowli inżynierskich wywołanych urabianiem skał materiałem wybuchowym mający zastosowanie w górnictwie odkrywkowym dla określania stopnia zagrożenia budowli inżynierskich oraz dla określania strefy bezpiecznej względem tych drgań. Sposób polega na tym, że dodatkowo wykonuje się pomiar kąta a pomiędzy linią otworów z materiałem wybuchowym w miejscu odstrzeliwania bloku skalnego a linią przechodzącą przez punkt pomiarowy i środek linii otworów z materiałem wybuchowym, przy czym kąt a uwzględnia się we współczynniku proporcjonalności, który stanowi stosunek składowej prędkości zmierzonej na danym kierunku pomiarowym do iloczynu obliczeniowej wielkości prędkości drgań i cos a lub sin 90° - a, a ponadto stosuje się obliczeniową wielkość prędkości drgań, którą stanowi stosunek pierwiastka kwadratowego z iloczynu całkowitej ilości materiału wybuchowego użytego do strzelania i maksymalnej ilości materiału wybuchowego użytego na jeden zapalnik do pierwiastka kwadratowego z odległości punktu pomiarowego od środka linii otworów z materiałem wybuchowym w miejscu odstrzeliwania bloku skalnego.

Znany jest z polskiego opisu wynalazku PL 169137 sposób określania maksymalnej wielkości składowej amplitudy drgań cząstek gruntu i budowli inżynierskich wywołanych urabianiem skał materiałem wybuchowym, mający zastosowanie w górnictwie odkrywkowym dla określania stopnia zagrożenia budowli inżynierskich oraz dla określania strefy bezpiecznej względem tych drgań. Sposób polega na tym, że dodatkowo wykonuje się pomiar kąta a pomiędzy linią otworów z materiałem wybuchowym w miejscu odstrzeliwania bloku skalnego a linią przechodzącą przez punkt pomiarowy i środek linii otworów z materiałem wybuchowym, przy czym kąt a uwzględnia się we współczynniku proporcjonalności, który stanowi stosunek składowej amplitudy drgań zmierzonej na danym kierunku pomiarowym do iloczynu obliczeniowej wielkości amplitudy drgań i cos a lub sin 90° - a, a ponadto stosuje się obliczeniową wielkość amplitudy drgań, którą stanowi stosunek pierwiastka kwadratowego z iloczynu całkowitej ilości materiału wybuchowego użytego do strzelenia i maksymalnej ilości materiału wybuchowego użytego na

PL 232 098 B1 jeden zapalnik do pierwiastka kwadratowego z odległości punktu pomiarowego od środka linii otworów z materiałem wybuchowym w miejscu odstrzeliwania bloku skalnego.

Znany jest z polskiego opisu wynalazku PL 169158 sposób określania maksymalnej wielkości składowej przyspieszenia drgań cząstek gruntu i budowli inżynierskich wywołanych urabianiem skał materiałem wybuchowym, mający zastosowanie w górnictwie odkrywkowym dla określania stopnia zagrożenia budowli inżynierskich oraz dla określania strefy bezpiecznej względem tych drgań. Sposób polega na tym, że dodatkowo wykonuje się pomiar kąta a pomiędzy linią otworów z materiałem wybuchowym w miejscu odstrzeliwania bloku skalnego, a linią przechodzącą przez punkt pomiarowy i środek linii otworów z materiałem wybuchowym, przy czym kąt a uwzględnia się we współczynniku proporcjonalności, który stanowi stosunek składowej przyspieszenia drgań zmierzonej na danym kierunku pomiarowym do iloczynu obliczeniowej wielkości przyspieszenia drgań i cos a lub sin 90° - a, a ponadto stosuje się obliczeniową wielkość przyspieszenia drgań, którą stanowi stosunek pierwiastka kwadratowego z iloczynu całkowitej ilości materiału wybuchowego użytego do strzelania i maksymalnej ilości materiału wybuchowego użytego na jeden zapalnik do pierwiastka kwadratowego z odległości punktu pomiarowego od środka linii otworów z materiałem wybuchowym w miejscu odstrzeliwania bloku skalnego.

W praktyce przyjmuje się, że rozkład wartości rejestrowanych poziomej stycznej amplitudy Ay drgań gruntu ma charakter kołowy.

Kołowy rozkład amplitudy drgań parasejsmicznych charakteryzuje się tym, że pozioma styczna amplitudy Ay drgań gruntu, przy tej samej odległości punktu pomiarowego od źródła drgań, dla każdego kąta kierunkowego a ma inną wartość, przy czym wartość poziomej stycznej amplitudy Ay drgań gruntu jest największa dla kąta kierunkowego a=90° i maleje do zera przy kącie kierunkowym a = 0°, przy czym wartości Ay układają się przy osi y wzdłuż obwodu połówki koła. Pozioma styczna amplitudy Ay drgań gruntu jest to maksymalna amplituda jaką mają w punkcie pomiarowym cząsteczki gruntu drgające prostopadle do kierunku jaki tworzy linia łącząca punkt pomiarowy ze źródłem drgań. Źródłem drgań określa się środkowy otwór strzałowy lub środek linii otworów strzałowych. Kąt kierunkowy a jest to kąt, utworzony pomiędzy linią biegnącą wzdłuż otworów strzałowych wywierconych w bloku skalnym, który ma być urobiony strzelaniem, a linią łączącą punkt pomiarowy ze środkowym otworem strzałowym lub środkiem linii otworów.

Aby stwierdzić, czy przy stałych parametrach strzelania w danym złożu występuje rozkład kołowy drgań gruntu należy wykonać pomiary poziomej stycznej amplitudy Ay drgań w stałej odległości od źródła drgań, przed czołem urabianej ściany, dla różnych kątów kierunkowych a z przedziału od 0 do 90°, w co najmniej kilku punktach pomiarowych.

Na powierzchni gruntu znajdującego się w sąsiedztwie skał urabianych za pomocą materiałów wybuchowych trudno jest dokonać pomiarów w stałej odległości od źródła drgań przy różnych kątach kierunkowych a, ze względu na różnorodne ukształtowanie terenu oraz znajdujące się na nim zbiorniki wodne, roślinność czy konstrukcje i zabudowania. Powoduje to, że otrzymujemy różne wartości poziomej stycznej amplitudy Ay drgań spowodowane nie tylko wartością kąta kierunkowego a, lecz także różną odległością od źródła drgań. Duże zróżnicowania wartości poziomej stycznej amplitudy Ay drgań umieszczone na wykresie mogą sugerować, iż jest to rozkład odbiegający od rozkładu kołowego, gdy w rzeczywistości będzie to rozkład kołowy.

Wadą znanych i stosowanych rozwiązań jest prowadzenie pomiarów parametrów drgań gruntu, na przykład amplitudy drgań, często bez pomiarów kąta kierunkowego a, których wyniki nie wskazują jednoznacznie, czy w danym podłożu występuje rozkład kołowy drgań gruntu, co uniemożliwia prawidłową ich interpretację. W obecnej sytuacji aby prawidłowo zinterpretować otrzymane wyniki, czy w danym podłożu występuje rozkład kołowy drgań gruntu, należy wykonać pomiary przy kilku strzelaniach, co zwiększa koszty i czas wykonania badań. Następne strzelanie wykonuje się po usunięciu odstrzelonej skały, co pochłania sporo czasu.

Celem wynalazku jest wyeliminowanie wpływu różnych odległości punktów pomiarowych od źródła drgań na interpretację wyników pomiarów, to jest na określenie czy w danym podłożu występuje kołowy rozkład drgań gruntu. Celem rozwiązania według wynalazku jest zmniejszenie negatywnych skutków wybuchu na otoczenie poprzez zoptymalizowany wybór miejsc rozmieszczenia otworów strzałowych oraz zmniejszenie kosztów tej optymalizacji, jak również wyznaczenie miejsc dla których występują najmniejsze negatywne skutki wybuchu, na podstawie dokładnego rozkładu drgań gruntu wyznaczonego już po jednym strzelaniu.

PL 232 098 B1

Sposób określania wartości poziomej stycznej amplitudy Ay drgań gruntu dla różnych odległości od źródła drgań wytworzonych poprzez odpalenie ładunku materiału wybuchowego umieszczonego w rozmieszczonych w linii otworach strzałowych, w którym pomiaru poziomej stycznej amplitudy Ay drgań gruntu dokonuje się w znajdujących się w różnych odległościach od źródła drgań punktach pomiarowych umieszczonych pod różnymi kątami kierunkowymi a, z których każdy stanowi kąt pomiędzy linią otworów strzałowych a linią łączącą punkt pomiarowy ze źródłem drgań, które stanowi środkowy otwór strzałowy lub środek linii otworów strzałowych według wynalazku charakteryzuje się tym, iż wybiera się od kilku do kilkunastu punktów pomiarowych dla których kąt kierunkowy a jest z przedziału od 0° do 90° i mierzy się rzeczywistą odległość R tych punktów pomiarowych od źródła drgań, następnie wyznacza się wartość średnią tych odległości S i kolejno rzeczywistą odległość R poszczególnych punktów pomiarowych od źródła drgań dzieli się przez wartość średnią odległości S przez co otrzymuje się wskaźnik wpływu odległości Rd dla każdego punktu pomiarowego, po czym mnoży się wartość poziomej stycznej amplitudy Ay drgań gruntu zmierzonej w danym punkcie pomiarowym przez odpowiadający danemu punktowi pomiarowemu wskaźnik wpływu odległości Rd, a wyniki otrzymane dla wartości średniej odległości S punktów pomiarowych od źródła drgań, dla wybranych od kilku do kilkunastu punktów pomiarowych dla których kąt kierunkowy a wynosi od 0° do 90°, nanosi się na układ współrzędnych i przedstawia się graficznie przy pomocy wykresu Ay=f(a) poziomej stycznej amplitudy drgań, z którego odczytuje się następnie, czy rozkład drgań parasejsmicznych układa się kołowo.

Na potrzeby niniejszego wynalazku przez kołowy rozkład amplitudy drgań parasejsmicznych należy rozumieć rozkład, który układa się po obwodzie połówki koła z odchyłką + /- 20% od zakładanego kołowego rozkładu teoretycznego.

Zaletą sposobu według wynalazku jest, iż po przemnożeniu pomierzonych wartości poziomej stycznej amplitudy Ay drgań przez wskaźnik wpływu odległości Rd właściwy dla danej rzeczywistej odległości R punktu pomiarowego od źródła drgań można dokonać wiarygodnej oceny rozkładu drgań parasejsmicznych. Korygując odległością wielkość poziomej stycznej amplitudy Ay drgań otrzymujemy bardziej czytelny obraz rozkładu amplitudy drgań, co wpływa na właściwą interpretację otrzymanych wyników i właściwą ocenę rozkładu drgań. Zastosowanie sposobu według wynalazku pozwala określić czy rozkład jest kołowy już po jednym odstrzale i pomiarach przeprowadzonych w kilku lub kilkunastu różnych punktach terenu. Przy rozkładzie kołowym drgań zaobserwować można kierunki, na których wartość poziomej stycznej amplitudy Ay drgań jest mniejsza niż na innych kierunkach. Szybka i poprawna interpretacja wyników przeprowadzonych pomiarów możliwa do uzyskania dzięki zastosowaniu sposobu według wynalazku umożliwia takie usytuowanie linii otworów strzałowych względem znajdujących na terenie objętym drganiami budynków lub chronionych budowli, aby propagacja drgań parasejsmicznych w miejscu ich zabudowy była jak najmniejsza.

Wynalazek został objaśniony za pomocą rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wykres poziomej stycznej amplitudy Ay drgań dla rzeczywistych, pomierzonych odległości, a fig. 2 - wykres poziomej stycznej amplitudy Ay drgań po uwzględnieniu wskaźnika odległości Rd dla średniej (stałej dla wykresu) odległości pomiarowej S.

Sposób określania wartości poziomej stycznej amplitudy Ay drgań gruntu dla różnych odległości R od źródła drgań wytworzonych poprzez odpalenie ładunku materiału wybuchowego ułożonego w linii w wielu otworach strzałowych w przykładzie realizacji według wynalazku polega na tym, że wybieramy od kilku do kilkunastu punktów pomiarowych i przy użyciu dalmierza mierzymy ich odległość R od źródła drgań, które stanowi albo środkowy otwór strzałowy ułożonych w linii wielu otworów strzałowych albo środek linii otworów strzałowych, a następnie określamy wartość średnią tych odległości S. Otwory strzałowe ułożone są w jednej linii, kolejno w jednakowych odstępach od siebie, a umieszczone w nich ładunki wybuchowe są tej samej mocy. Punkty pomiarowe wybrane są z zakresu kąta kierunkowego a wynoszącego od 0 do 90°. Kąt kierunkowy a, każdego punktu pomiarowego, stanowi kąt pomiędzy linią otworów strzałowych a linią łączącą punkt pomiarowy ze źródłem drgań. Wybrane, przynależne danym kątom kierunkowym a, punkty pomiarowe są w różnych, wybranych z przyjętego przedziału odległości, odległościach od źródła drgań, z uwagi na różnorodne ukształtowanie terenu, to jest znajdujące się n a nim zbiorniki wodne, roślinność czy konstrukcje i zabudowania. Następnie dzielimy rzeczywistą odległość R każdego punktu pomiarowego od źródła drgań przez obliczoną wartość średnią odległości S. W wyniku przeprowadzonego działania, dla każdego punktu pomiarowego otrzymujemy wskaźnik wpływu odległości Rd. Wskaźnik ten dla odległości mniejszej od wartości średniej będzie mniejszy niż 1, a dla odległości większej od wartości średniej będzie większy niż 1. Podczas detonacji, w wybranych punktach pomiarowych, dla których kąt kierunkowy a mieści się w zakresie od 0° do 90°, przy użyciu

PL 232 098 Β1 czujników drgań dokonujemy pomiarów wartości poziomej stycznej amplitudy Ay drgań gruntu dla rzeczywistej odległości R każdego z tych punktów od źródła drgań. Następnie, pomierzone w danych punktach pomiarowych wartości poziomej stycznej amplitudy Ay drgań mnożymy przez wartość wskaźnika wpływu odległości Rd odpowiadający danemu punktowi pomiarowemu, a otrzymane wyniki umieszczamy na wykresie Ay= f(a) poziomej stycznej amplitudy drgań. Z porównania teoretycznego rozkładu kołowego z wykresem rzeczywistym otrzymanym z pomiarów oceniamy czy rozkład drgań jest kołowy.

Wynalazek został objaśniony za pomocą tabeli i sporządzonych na jej podstawie wykresów (fig. 1, fig. 2).

Prezentacja pomiarów i wykresów dla rozkładu kołowego drgań parasejsmicznych.

Lp.	Kąt kierunkowy oc	Rzeczywista odległość punktu pomiarowego od źródła drgań R [m]	Wartość średnia odległości punktów pomiarowych od źródła drgań S [m]	Wskaźnik odległości Rd	Wartość poziomej stycznej amplitudy Ay drgań dla rzeczywistej odległości R [ μπι]	Pozioma styczna amplitudy Ay drgań pomnożona przez wskaźnik odległości RD dla średniej (stałej dla wykresu i tabeli) odległości pomiarowej S [pm]
1	2	3	4	5-3/4	6	7=5x6
1	6	332		1,0	6	6
2	15	275		0,82	15	12
3	30	373		1,12	16	18
4	45	347		1,05	25	26
5	60	320		0,96	34	33
6	75	275		0,83	47	39
7	86	400		1,2	34	41

Zaprezentowany na wykresie przedstawionym na fig. 1 rozkład poziomej stycznej amplitudy Ay drgań dla rzeczywistych, pomierzonych odległości, nie pozwala na jednoznaczne określenie, czy rozkład wartości rejestrowanych drgań ma charakter kołowy. Natomiast zaprezentowany na wykresie przedstawionym na fig. 2 - rozkład poziomej stycznej amplitudy Ay drgań po uwzględnieniu wskaźnika odległości Rd dla średniej (stałej dla wykresu) odległości pomiarowej S ukazuje, że rozkład drgań parasejsmicznych układa się wzdłuż linii tworzącej połowę obwodu koła, co wskazuje na kołowy rozkład drgań.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   1. Sposób określania wartości poziomej stycznej amplitudy Ay drgań gruntu dla różnych odległości od źródła drgań wytworzonych poprzez odpalenie ładunku materiału wybuchowego umieszczonego w rozmieszczonych w linii otworach strzałowych, w którym pomiaru poziomej stycznej amplitudy Ay drgań gruntu dokonuje się w punktach pomiarowych umieszczonych w różnych odległościach od źródła drgań i pod różnymi kątami kierunkowymi a, z których każdy stanowi kąt pomiędzy linią otworów strzałowych a linią łączącą punkt pomiarowy ze źródłem drgań, które stanowi środkowy otwór strzałowy lub środek linii otworów strzałowych, znamienny tym, że wybiera się od kilku do kilkunastu punktów pomiarowych dla których kąt kierunkowy (a) jest z przedziału od 0° do 90° i mierzy się ich rzeczywistą odległość (R) od źródła drgań, kolejno wyznacza się wartość średnią tych odległości (S), a następnie rzeczywistą odległość (R) poszczególnych punktów pomiarowych od źródła drgań dzieli się przez war

   PL 232 098 Β1 tość średnią odległości (S) przez co otrzymuje się wskaźnik wpływu odległości (Rd) dla każdego punktu pomiarowego, po czym mnoży się wartość poziomej stycznej amplitudy (Ay) drgań gruntu zmierzonej w danym punkcie pomiarowym przez odpowiadający danemu punktowi pomiarowemu wskaźnik wpływu odległości (Rd), a wyniki otrzymane dla wartości średniej odległości (S) punktów pomiarowych od źródła drgań, dla wybranych od kilku do kilkunastu punktów pomiarowych dla których kąt kierunkowy (a) wynosi od 0° do 90°, nanosi się na układ współrzędnych i przedstawia się graficznie przy pomocy wykresu Ay=f(a) poziomej stycznej amplitudy drgań, z którego odczytuje się następnie, czy rozkład drgań parasejsmicznych układa się kołowo.