PL232099B1 - Sposób określania wartości poziomej radialnej wektora przyspieszenia drgań gruntu dla różnych odległości od źródła drgań - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób określania wartości poziomej radialnej wektora przyspieszenia Px 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 przyspieszenie drgań i jego częstotliwość. Parametr ten związany jest 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. Jedną z metod oceny wpływu drgań gruntu na powierzchnię terenu jest bezpośredni pomiar parametrów drgań gruntu, przykładowo przyspieszenia drgań i jego 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 radialnej wektora przyspieszenia Px 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 jeden zapalnik do pierwiastka kwadratowego z odległości punktu pomiarowego od środka linii otworów z materiałem wybuchowym w miejscu odstrzeliwania bloku skalnego.

PL 232 099 B1

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 radialnej wektora przyspieszenia Px drgań gruntu ma charakter kołowy.

Kołowy rozkład przyspieszenia drgań parasejsmicznych charakteryzuje się tym, że pozioma radialna wektora przyspieszenia Px drgań gruntu, przy tej samej odległości punktu pomiarowego od źródła drgań, dla każdego kąta kierunkowego a ma inną wartość, przy czym wartość poziomej radialnej wektora przyspieszenia Px drgań gruntu jest największa dla kąta kierunkowego a = 0° i maleje do zera przy kącie kierunkowym a = 90°, przy czym wartości Px układają się przy osi x wzdłuż obwodu połówki koła.

Pozioma radialna wektora przyspieszenia Px drgań gruntu jest to maksymalne przyspieszenie, jaką mają w punkcie pomiarowym cząsteczki gruntu drgające zgodnie z kierunkiem 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 radialnej wektora przyspieszenia Px 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 radialnej wektora przyspieszenia Px drgań spowodowane nie tylko wartością kąta kierunkowego a, lecz także różną odległością od źródła drgań. Duże zróżnicowania wartości poziomej radialnej wektora przyspieszenia Px 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 przyspieszenia 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.

Sposób określania wartości poziomej radialnej wektora przyspieszenia Px 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 radialnej wektora przyspieszenia Px drgań gruntu dokonuje się w znajdujących się w różnych odległościach od źródła drgań

PL 232 099 B1 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 radialnej wektora przyspieszenia Px 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 Px=f(a) poziomej radialnej wektora przyspieszenia drgań, z którego odczytuje się następnie, czy rozkład drgań parasejsmicznych układa się kołowo.

Na potrzeby niniejszego wynalazku przez kołowy rozkład przyspieszenia 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 radialnej wektora przyspieszenia Px 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 radialnej wektora przyspieszenia Px drgań otrzymujemy bardziej czytelny obraz rozkładu przyspieszenia, 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 radialnej wektora przyspieszenia Px 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 radialnej wektora przyspieszenia Px drgań dla rzeczywistych, pomierzonych odległości, a fig. 2 - wykres poziomej radialnej wektora przyspieszenia Px drgań po uwzględnieniu wskaźnika odległości Rd dla średniej (stałej dla wykresu) odległości pomiarowej S.

Sposób określania wartości poziomej radialnej wektora przyspieszenia Px 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 na 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 czujników drgań dokonujemy pomiarów wartości poziomej radialnej wektora przyspieszenia Px drgań gruntu dla rzeczywistej odległości R każdego z tych punktów od źródła drgań. Następnie, pomierzone w danych punktach pomiarowych wartości poziomej radialnej wektora przyspieszenia Px drgań mnożymy przez wartość wskaźnika wpływu odległości Rd odpowiadający danemu

PL 232 099 Β1 punktowi pomiarowemu, a otrzymane wyniki umieszczamy na wykresie Px= f(a) poziomej radialnej wektora przyspieszenia 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 drgali R [mj	Wartość średnia odległości punktów pomiarowych od źródła drgań S ImJ	Wskaźnik odległości Rd	Wartość poziomej radialnej wektora przyspieszenia Px drgań dla rzeczywistej odległości R Γ mm/s2l	Pozioma radialna wektora przyspieszenia Px drgań pomnożona przez wskaźnik odległości RD dla średniej (stałej dla wykresu i Labeli) odległości pomiarowej S [nwVsj
1	2	3	4	5-3/4	6	7= 5x6
1	0	400		1,2	34	41
2	15	275		0,83	47	39
3	30	320		0,96	34	33
4	45	347	332	1,05	25	26
5	60	373		1,12	16	18
6	75	275		0,82	15	12
7	86	332		1.0	6	6

Zaprezentowany na wykresie przedstawionym na fig. 1 rozkład poziomej radialnej wektora przyspieszenia Px 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 radialnej wektora przyspieszenia Px 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 radialnej wektora przyspieszenia Px 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 radialnej wektora przyspieszenia Px 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 wartość średnią odległości (S) przez co otrzymuje się wskaźnik wpływu

   PL 232 099 Β1 odległości (Rd) dla każdego punktu pomiarowego, po czym mnoży się wartość poziomej radialnej wektora przyspieszenia (Px) 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 Px = f(a) poziomej radialnej wektora przyspieszenia drgań, z którego odczytuje się następnie, czy rozkład drgań parasejsmicznych układa się kołowo.