文摘

在露天矿山边坡岩体有多个关节结构和爆破操作有一个明显的对其稳定性的影响。因此,准确预测爆破振动,确保边坡稳定是必要的。在这项研究中,爆破的爆破振动信号监测站点不同岩体被用来研究爆破振动的衰减特征通过粒子速度峰值(PPV)、频率特性和爆破振动信号的能量分布与时频分析处理方法。结果表明,爆破振动的主要振动频率的白云石是更广泛的比页岩,这些主要振动频率发生在25 kHz和14 kHz白云石和页岩,分别在50米的距离从爆炸区域振动监测。与从50米到200米的距离,主要振动频率下降到小于5赫兹。随着联合学位,振动速度的衰减率和能量衰减的爆破振动增加,表明岩体的结构参数(如关节的数目)产生重大影响爆破振动的衰减规律。此外,修改后的方程,可用于预测PPV的影响是由考虑关节的数目在岩体爆破振动。同样的地面振动数据,相关系数从0.8增加到0.85 Nicholls-USBM方程和修改后的方程,分别。在不同岩体爆破的PPV Baideng露天磷灰石矿是用于验证修改后的方程。结果表明,修改后的方程可以用于预测爆破工程的PPV Baideng磷灰石矿,预测精度是可以接受的。

1。介绍

在露天矿岩石爆破的主要操作。在爆破,只有20%炸药产生的-30%的能量转化为机械能片段和取代岩体。剩下的爆炸性能量浪费在爆炸扰动的形式,如岩石振动,噪音,和飞岩等。岩体通常表现为不连续和各向异性非均匀结构。这些不连续结构,如断层、关节、裂缝,断裂区,是随机分布于岩体和爆破工程具有重要意义。爆破操作,自然裂缝岩体结构由爆破引起的附加应力改变,和结构面的抗剪强度显著降低,从而降低岩石的稳定性(1,2]。研究爆破振动危害控制爆破振动分析的基础上进行的。粒子速度峰值(PPV)是一种评价标准的爆破振动已经使用很多年了;它是预测的距离和重量收费比例法则(3,4]。近年来,许多研究人员进行的研究飞机结构的力学性能和强度(5,6)及其对边坡稳定性的影响的表面结构岩体(7- - - - - -11]。然而,只有少数的研究已经进行了关于结构振动波传播特性的飞机。研究爆破振动效应的描述了应力波的传播和反射表面的结构使用理论分析和主要关注结构在应力波的振幅衰减效应(12- - - - - -14]。因此,研究岩体的影响媒体的爆破振动衰减和准确分析的影响,岩石爆破工程结构振动衰减的传播值得进一步调查。

在过去的几十年,额外的复杂的方法,如有限元法和人工神经网络,用于预测爆破振动(15- - - - - -17]。许多研究人员已经成功地尝试过程和分析不稳定随机爆炸振动信号通过信号时频分析(18- - - - - -20.]。研究也探讨了影响爆破中心距离的爆破振动信号的频带能量分布和信号时频分析已成为一种有效的方法研究爆破振动信号的能量分布特征下岩体关节。根据结果对爆破信号的时频特征,研究爆破振动影响因素,建立回归公式描述爆破振动,和信号时频分析是有效和重要的方法研究爆破振动危害。

在这项研究中,地面振动监测数据得到的Baideng露天磷灰石矿在中国。爆破振动信号的能量谱获得的测量数据收集在爆破然后分析使用时频分析方法。岩体结构对爆破地震波的衰减是探索从爆炸振动能量的角度。最后,这些振动监测数据被用来建立一个新的关系,不连续结构的影响是包括在岩体的关节。不同岩体的PPV是用于验证这种关系。

2。材料和方法

2.1。一般项目网站信息

这项研究是由Baideng露天磷灰石矿,这是一个光明化工有限公司的子公司,这个矿位于安宁,云南,中国。Baideng露天磷灰石矿位于24°52′N的纬度和经度102°22′E。地层的倾角缓倾角和不同8°20°。矿体的地层上覆白云石、页岩和第四纪残积层。深孔台阶爆破的高度10 m是用于这个矿,如图1和2。在矿区,爆破开挖已用于白云石和页岩,这些岩层开发了故障关节。完整岩体的力学参数,如单轴抗压强度和抗拉强度测试根据国际岩石力学学会推荐的方法(ISRM) [21- - - - - -24]。岩体波速和关节的数目也测量(25]。完整的岩体的力学性能表进行了总结1。

铵油(铵油)和nonelectric雷管用于爆破开挖。典型的爆炸洞的深度和直径是11米和130毫米,分别导致爆破模式的负担4米和5米的间距。孔延期雷管在400 ms。一个启动模式表面上是使用导爆25毫秒的延迟。初始化网络和模式的一个例子如图钻孔3。

2.2。PPV监测和预测方法

振动监测分和爆破区域位于同一高度。监视点和爆破区之间的距离是50,100,150,和200,如图4。爆破振动记录仪(EXP 3850)和一个传感器(CDJ-1)被用来监测爆破振动。每个监视是配备一个振动传感器。传感器必须连着用石膏完整岩石的表面,和监控的位置点必须适当调整,以确保测量的准确性。因此,使用GPS距离和方位确定,如图5。

在过去的半个世纪里,研究者提出若干经验方程来描述和预测爆破振动衰减的衰减特性的PPV26- - - - - -28]。PPV方程,提出了不同的研究人员总结表2。在大多数这些方程,距离免费的脸和最大重量每延迟是PPV主要影响参数,预测。然而,众所周知,PPV受到其他因素的影响,如岩石强度、岩体不连续条件,和爆炸几何,没有显式地包含在这些经验方程。在这项研究中,Nicholls-United州局矿(USBM)经验方程作为预测方程。

2.3。小波包分析方法

小波包分析是一种时频的非平稳随机信号的处理方法。这个信号分解为两部分,即。,the low and high frequencies, using low- and high-pass filters, respectively. The two decomposed signals are then further divided into two parts corresponding to the low and high frequencies. Thus, the signal is continuously decomposed, thereby exhibiting a high-frequency resolution [29日]。分析信号继续第八分解水平。信号分解过程如图6。爆破振动信号的频带数量约为2ⁿ可以获得,这样吗n分解的小波包分析水平。如果爆炸的最低频率振动信号, ,是0和最高的频率是W,频带的宽度n将th分解水平W/ 2ⁿ。

基于小波包分解和重构的分析方法,在爆炸振动信号, ,可以表示如下: 在哪里小波包分解后的重构信号,是分解级别,的订单号是频带分解后, 。

每个重构信号的能量, ,小波包分解后被定义为 在哪里是离散点的重构信号的振幅,是数量的离散采样点,是离散点的数量, 。

分析了信号的总能量, ,表示如下:

在每个频带的能量比的总能量可以如下:

3所示。结果与讨论

大约24从6爆炸事件记录在Baideng磷灰石露天矿山,总结如表3。爆破区域被分成两个地点:白云石板凳和页岩的长椅上。图7显示的速度历史爆破振动监测。

3.1。PPV的爆破振动衰减规律

PPV和比例距离之间的关系揭示了爆破振动测试数据图所示8。白云石的PPV和页岩随比例距离的增加而稳步减小。白云石的PPV较大常数比例距离的页岩。陆et al。30.)报道,blast-induced地震活动的总能量成正比PPV的平方在同一爆破。因此,更多的炸药能量转换成岩体的振动在白云石板凳比页岩台上。现场数据分析回归使用最小二乘拟合方法。白云石的衰减方程( )和页岩( )介绍如下:

这些关系表明,PPV衰减比例白云石和页岩随着距离的一个常数炸药重量收费。PPV的关系也表明减少比页岩迅速白云石。

3.2。能源对爆破振动衰减规律

监测设备的采样率在爆破振动监测是0 - 4 kHz。奈奎斯特采样理论后,被分析信号的最高频率是2千赫。Daubechies小波级数展品光滑,紧凑的支持,比传统小波对称。本系列小波已广泛应用于爆破振动信号的分析。在这项研究中,爆破振动信号分解为九层使用小波包分析,和2⁹频带2000/2每个频带的生成⁹= 3.90625赫兹。

爆破振动信号进行了分解和重建使用小波包中db5-db10根据方程(2)和(4),分别。表中列出的重构信号中的错误4。统计数据表4表明db8小波包重构误差最小的;因此,db8用于分析信号的时频能量图6。小波包频带能量分布的爆破振动信号的白云石和页岩。表中列出的结果5。

表中给出的结果5表明爆破振动信号的能量分布广泛的频带;然而,大多数的能量集中在0 - 50.78125赫兹。八个信号的能量比率在0 - 50.78125赫兹,占总能量的93.537%,97.24%,99.867%,99.91%,97.88%,98.94%,98.52%,99.88%。在图9时频光谱分布的范围被认为是0-50赫兹比较岩石性质的影响和传播距离对爆破振动能量的分布。爆破振动的主要振动频率在白云石和页岩在50米的距离爆炸区域的25 - 14 Hz,分别。主要的振动频率随距离的增加而逐渐减小爆破振动监测区域的观点。白云石和页岩的主要振动频率小于5赫兹的爆炸区域的距离200米。

的上限地面建筑的自然振动频率是10赫兹。爆破振动波的能量在0-20赫兹的范围和对建筑具有明显的影响。因此,爆破振动波在这项研究分为初级(0-20 Hz)和二级(20 - 50 Hz)影响频段,为不同的频带能量衰减规律进行了分析。每个频带的能量归一化的分析。能源的爆破振动衰减规律不同的岩体和频带图所示10。在图10在50 - 200米距离的爆炸区域振动监测,白云石和页岩爆破的衰减率低的主要影响频段比在二级影响频段。页岩中的衰减低比白云石爆破爆破同样的频带。数据9和10表明,在near-blasting领域(不到50米),白云石的爆破振动速度和振动能量高于页岩,和更多的振动能量分布在更高的频率范围。far-blasting领域(超过50米),振动速度的衰减率和能量衰减的爆破振动白云石高于页岩。岩石力学参数表1表明,单轴抗压强度、抗拉强度和弹性模量的白云石高于页岩,但白云石比页岩也更发达的关节。这些结果说明,在near-blasting领域,爆破振动衰减的主要岩石力学性能的影响;增加岩石强度和弹性模量,爆破振动速度和振动能量也增加了,这是符合测试结果报告的徐et al。31日]。然而,far-blasting领域,爆破振动衰减主要是受岩体结构特性的影响;在岩体与越来越多的关节,振动速度的衰减率和能量衰减的爆破振动增加。因此,在地质条件下导致联合开发,共同的功能应该考虑爆破振动的预测。

3.3。发展新的关系

为简单起见,爆破振动监测区域的距离点( )然后每个延迟的最大炸药的平方根( )被称为扩展的距离( ),和他们的关系可以表示如下:

Nicholls-USBM的PPV预测方程写成如下: 在哪里衰减常数和吗的衰减指数。

结果如图10表明爆破振动的衰减规律是影响岩体的关节数量。关节的影响岩体爆破振动衰减规律的应考虑全面预测准确爆破,因此衰减方程需要修改。根据Simangunsong和Wahyudi所做的研究32的影响,煤层的数量应该考虑爆破振动的预测。拟议的修正方程和可以表示如下:

如果是0,那么新将原(方程(6),不影响节理面被认为是PPV的预测。

总共24 Baideng露天磷灰石的地面振动数据表中列出2PPV和被用来检查之间的关系, ,和 。结果绘制在图11。修改后的方程展示一个更好的相关因子( )比原来的PPV Nicholls-USBM关系;相关因素分别是0.85和0.80。新修改的方程,考虑关节的影响,展示了卓越的准确性和适用性的预测爆破振动Baideng露天磷灰石矿。

在一个露天的雷区,不同岩石爆破区域之间的属性是观察和监控,从而对应不同的联合学位,如图12。在不同的岩体所表达的 , ,…, ,和表达的距离 , 、… ,分别。因此,方程(8)可以表示如下:

总共有15个振动数据从Baideng露天磷灰石矿,获得的爆破领域和监视点位于不同的岩体,即。、页岩、白云石、总结如表6。

修改后的方程和Nicholls-USBM PPV经验方程被用来预测剩余的读数。结果如图所示13PPV的监测与预测结果相比较。在图13,修改后的方程预测的PPV视觉上更适合比Nicholls-USBM方程预测的监控数据。特别是,预测结果大于预测强烈振动的监测数据,这将有利于在爆破边坡稳定性的分析。结果表明,修改后的方程可以用于预测PPV Baideng露天爆破工程的磷灰石矿,预测的准确性是可以接受的。

4所示。结论

在这项研究中,爆破振动信号监测白云石和页岩Baideng露天磷矿矿山爆破区域。此外,衰减规律的影响在岩体爆破振动信号有不同的属性使用小波包时频分析方法进行了分析。根据结果,以下结论可以:(1)爆破振动衰减系数表现出一个清晰的与岩体之间的关系。衰减法系数, ,和对爆破振动波(3852,2.57)和(1.94 1367)白云石和页岩Baideng露天矿爆破区域,分别。PPV和能量的衰减率较高的白云石比页岩。(2)爆破振动信号谱基于小波包时频分析主要是由低频率,而光谱的爆破振动信号主要是由低频、的主要振动频率与0-50赫兹的范围。主要的振动频率随距离增大而减小监视点。(3)发展程度的岩体关节发生了影响PPV的衰减率,PPV和衰减速率很高时,岩体的关节数高。开发了一项新关系来提高PPV的预测在不同岩体的露天矿山发展的程度和数量占关节的岩体。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作得到了安徽省自然科学基金(1808085 me159和1808085 qe149),中国国家自然科学基金(51774014)、安徽省科学技术计划项目(1604 a0802107),计划在安徽大学的创新研究团队(煤岩动力灾害的预防和控制煤矿深处),和自然科学基金会的安徽高等教育机构(KJ2017A093)。