反映高程放大效应的爆破振动公式研究

在地形起伏较大的情况下,地形地貌对爆破振动波的传播具有较大的影响。通过分析与爆破振动有关的物理量,运用量纲分析法推导了反映高程放大效应的爆破振动公式。结合现场爆破振动监测,当爆破场地的地形地貌变化较大时,用传统的萨道夫斯基公式预测爆破振动速度误差较大,其平均误差达42%～59%,其他4个常用经验公式预测的平均误差,分别为24%～49%、40%～58%、58%～59%、31%～39%;而采用量纲分析法推导的公式预测爆破振动速度误差较小,其平均误差仅为10%～14%。研究结果表明,通过量纲分析法得到的爆破振动公式能较准确地反映正高程差放大效应。     

基于灰色关联分析的遗传神经网络在水下爆破中质点峰值振动速度预测研究

水下爆破是一个复杂的、非线性的动态能量释放过程,其涉及到的影响因素众多。为了充分利用少量的实测数据,较准确地预测水下爆破质点峰值振动速度,引入灰色关联分析理论,并结合遗传神经网络较强的非线性映射优势和全局化的搜索能力,建立基于灰色关联分析的遗传神经网络模型(GRA-GA-BP)。该模型利用灰色关联分析理论,充分挖掘小样本潜在信息特征,较合理地确定了影响爆破振动速度的主要因素,解决了神经网络在多变量复杂系统中输入变量无法自动寻优的难题,从而增强了神经网络的适应能力和稳定性。采用该模型对广东台山核电站1期工程大襟岛水下爆破开挖质点峰值振动速度进行预测,并与传统的遗传神经网络及萨道夫斯基公式预测结果进行对比,发现GRA-GA-BP模型的预测值与实测值吻合更好,预测误差更稳定。研究方法可为小样本、多因素影响下类似工程质点峰值振动速度预测提供借鉴。     

直墙半圆拱巷道爆破震动数值分析

为利于判断巷道围岩在爆破荷载作用下的稳定性及巷道内壁混凝土衬砌的安全,采用ANSYS/LS-DYNA分析了巷道钻爆法掘进爆破荷载作用下震动区岩体的动力响应。结果表明,近区岩体内部爆破压力、单元有效应力、质点振动速度随爆心距的衰减规律基本符合萨道夫斯基经验公式,单元有效应力与质点振动速度的衰减规律具有很强的相关性;巷道围岩临空面上的质点振动速度以沿巷道方向的振动速度为主,巷道横截面内垂直临空面方向次之,横截面内沿临空面方向为最小。巷道同一横截面处各质点的振动波形基本相同,拱顶的振动速度峰值比帮部的要大10%左右,拱与帮的连接处振动速度峰值较小。巷道围岩沿巷道方向临空面上质点振动速度衰减规律也基本符合萨道夫斯基公式,以上分析结果对采用钻爆法进行岩巷施工时,控制近区震动区爆破荷载对结构的影响具有一定的指导作用。     

溪洛渡水电站出线竖井爆破振动效应研究

对溪洛渡水电站左岸出线竖井开挖爆破的振动速度进行了现场测试。运用萨道夫斯基公式对测试数据进行回归分析,得到了竖井爆破掘进中地震波传播衰减公式。利用该式预测距离井底高程差为18.2～24.5 m处范围内测点的振动速度,并与实测数据进行对比。结果显示,竖井爆破振动的传播存在高程放大效应,水平振速放大系数约为1.49～2.24,垂直振速放大系数约为1.78～2.73;通过考虑高程效应对萨道夫斯基公式进行了修正,得到考虑高程因子的衰减公式,线性关系显著,对存在高程放大效应的爆破振动预测具有借鉴意义。运用动力有限元分析方法对竖井结构在爆炸冲击波荷载作用下的结构响应进行数值模拟,数值模拟结果与现场测试结果的对比表明,当相对高差不大时,两者整体趋势比较吻合,距离井底0～15 m,振动速度快速衰减,振动速度峰值衰减幅度超过总体幅度的60%;距离井底超过30 m,衰减不超过总幅度的10%。采用岩石-混凝土强度破坏准则对竖井构筑物在爆炸冲击荷载作用下的稳定性进行了强度校核,为竖井后续施工安全提供了参考。     

一种高地应力条件下爆破开挖诱发振动峰值的预测模型

高地应力条件下深部岩体爆破开挖过程中,炸药爆炸产生的能量和岩体开挖释放的应变能共同构成了振动的能量源。采用传统的基于单响药量的萨道夫斯基经验公式及其改进公式预测高地应力条件下爆破开挖诱发振动峰值精度不高。通过量纲分析,提出了一种基于能量平衡原理的振动峰值预测模型。结合锦屏二级深埋引水隧洞爆破试验,以上半洞实测振动数据为学习样本,训练模型;以下半洞实测振动数据为对比样本,检验模型。结果表明:与传统预测模型相比,预测模型具有较高的拟合相关系数和较低的预测均方根误差,可以更好地应用于高地应力条件下爆破开挖诱发振动峰值的预测。     

小波降噪与粒子群优化综合回归爆破震动参数

爆破震动测试得到的数据常常具有较大的离散性,采用剔除错误数据和小波降噪对爆破震动检测数据进行预处理,以标准残差平方和作为爆破振动实测数据与萨道夫斯基公式拟合值偏差大小的判断依据,应用小波降噪对实测数据进行处理的方法,优化了粒子群算法对萨道夫斯基公式中的k和 的回归分析。研究结果表明,小波降噪和粒子群优化算法结合使用,能够较真实地反映爆破震动测试的真实情况,从而提高了对爆破震动测试模拟的精度。研究结果对爆破振动测试理论和工程实践具有一定的参考价值。     

采矿爆破振动波在岩溶区的传播影响因素分析

为研究不同情况下爆破振动强度衰变规律和振动对岩溶塌陷的影响,为当地矿山合理开采及减少地面塌陷灾害的发生提供可靠依据,对湖南水口山铅锌矿区进行现场爆破振动测试,并利用古丹铅锌矿实测数据作对比分析;试验矿区共布设4条测线,接收8组爆破振动数据。采用萨道夫斯基修正公式对采集的数据进行计算,以爆破产生的振动波频率及振动速度作为测试指标,对实测数据进行提取、处理,确定爆破振动波的频率及其在介质中的传播速度及地震波引发的质点振动峰值振速。试验结果表明:采矿活动是岩溶地面塌陷的主要影响因素;爆破振动波的频率衰减强度与其在岩土体中的传播距离和断层有关,振动波的传播速度受到岩土体性质、岩层结构特征、岩层走向等因素的影响。      

非线性回归法求解爆破振动速度衰减公式参数

准确分析场地爆破振动衰减规律是爆破工程设计的基本依据。通过考察爆破振动速度衰减公式中参数的线性回归方法和非线性回归方法,提出了线性残差平方和与非线性（亦即标准残差平方和）的概念,给出了求解衰减公式参数的非线性回归法,并详述了该方法的实现过程。结合工程实例,以标准残差平方和作为爆破振动实测数据与衰减公式拟合值偏差大小的判断依据,分析了线性和非线性回归分析方法得到的萨道夫斯基公式和其修正公式的标准残差平方和。分析结果表明,非线性回归分析方法的准确度明显高于线性回归分析方法;分别采用线性回归和非线性回归方法得到的萨道夫斯基公式和其修正公式的标准残差平方和非常接近,因此,采用两种形式的公式拟合爆破振动衰减规律都是可行的。     

小间距隧道爆破动力特性试验研究

分岔隧道是一种新型隧道结构形式。以漆树槽分岔隧道为工程背景,进行了掘进爆破的围岩震动效应试验,通过不同掏槽结构下爆破震动作用隧道围岩衬砌质点振动速度的频谱分析与质点振动速度幅值的分布情况分析,对小间距公路隧道混凝土衬砌及其围岩在爆破地震波作用下的力学特征进行论述,重点研究了小间距隧道中隔墙及爆破掌子面的震动特性及变化规律。试验与分析结果表明,（1）中墙迎爆侧为振速峰值区,以水平径向振速最大,且沿着中墙走向呈现规律性变化;（2）掏槽孔爆破产生的地震效应最为强烈,其震动强度是扩槽眼和周边眼的2倍左右;（3）衬砌振速主振频率主要分布在低频段,以20～95 Hz为集中频段,高频地震波衰减极快;（4）同一测试断面中最大振速峰值出现在拱顶和边墙中部位置的概率最大,且大小比较接近,爆破掌子面附近的振速不适合萨道夫斯基预测公式,受爆破夹制及自由面的影响较大。     

爆破振动速度测试精细分析

为确定爆破震动衰减规律,通常采用最大振动速度、最大单段药量、布点到爆区中心的距离这3个变量回归计算萨道夫斯基振动速度公式系数。为精细分析爆破振动衰减规律,用单段延时串联起爆网路,结合测试速度图谱的不同时刻最大值、对应单段药量、布点到不同孔位距离,依据一元线性回归原理计算出振动速度公式系数,为爆破振动测试提供了一种精细分析方法。     

爆炸荷载下不同锚固参数围岩的加速度响应分析

地下洞室岩体加速度过大易造成围岩的不稳定,通过由模型试验得到的加速度-时程曲线分析,研究了爆炸荷载作用下不同锚固参数洞室围岩的加速度响应特征。分别阐述了洞室拱顶、底板、两帮加速度时程曲线的形态及其峰值大小,重点比较了洞室围岩因锚杆加固方式的不同对爆炸产生加速度响应的差异,结果表明,拱顶垂直和右帮水平加速度-时程曲线较光滑,而底板和左帮垂直加速度-时程曲线存在较大震动;洞室拱顶加速度峰值最大;4个洞室中锚杆间距最小的洞室,其拱顶、两帮加速度比其他洞室的小,而底板加速度比其他洞室的略大,可见减小锚杆间距可以增加洞室稳定性。     

The Blasting Test and Blasting Vibration Monitoring of Vertical Crater Retreat Mining Method in the Luohe Iron Mine

Because the land requisition and demolishing became difficult more and more, the mining scheme of Luohe iron mine was changed from caving method to filling method. In order to ensure the safety of the residence and the underground tunnel cavern within the mobile belt of the underground mining, the Luohe iron mine did the blasting test on the vertical crater retreat mining method and blasting vibration monitoring. The blasting experiments use common emulsified oil explosives and non-electric initiation system. The way of caved ore adopts the cutting groove and bench side. The NUBOX-6016 intelligent vibration monitor was chosen in the blasting vibration monitoring. Twice experiments on the blasting vibration monitoring were done on the surface or in the underground refuge cavern. The first test select the three monitoring points on the ground and the second select two monitoring points on the ground and a monitoring point in the underground refuge cavern. The blasting vibration monitoring data were conducted by the regression analysis in the Sodev’s empirical formula. The vibration attenuation formula about the underground blasting vibration transmitting in three directions is derived. The blasting test on the vertical crater retreat mining method and the blasting vibration were analyzed. It is estimated if the vibration damage possibly the surface buildings and related facilities of mine.     

Effect of Underground Mine Blast Vibrations on Overlaying Open Pit Slopes: A Case Study for Daye Iron Mine in China

Investigating the propagation and attenuation of blast vibration in rock slopes is the key point to assess the influence of underground mine blasting on overlaying open pit slopes stability and determining the potential risk. In this paper, Daye Iron Mine in China has been chosen as the case to study the effect of blast vibrations on overlaying open pit slopes due to underground mine blast. Firstly, the characteristics of blast loadings are analyzed by the dynamic finite element method. Then, a three dimensional (3D) numerical model of the open pit and the underground mine is made, which is verified by the field monitoring data to prove its reliability. The effect of blast vibration on overlaying open pit slope due to underground mine blasting are discussed based on the peak particle velocity (PPV) and the peak effective tensile stress (PETS) distribution characteristics which are calculated and analyzed by inputting the obtained blast vibration data into the numerical model. The results show that the effect of present mining blasting on the stability of pit slopes are limited because the simulated maximum PPV and PETS of monitoring point on slopes are all < 0.747 cm/s and 0.738 MPa. At last, according to numerical simulations of the underground mine blasting, the PPV predicting formulas for the slopes in Daye Open Pit Iron Mine is proposed based on the classic Sadaovsk formula.     

台山核电站边坡爆破振动监测及数值模拟研究

台山核电站场平一期边坡的稳定性直接关系到电站的顺利建设及核电站运营期间的安全。通过现场爆破振动监测,分析了爆破开挖时边坡的振动速度衰减规律, 发现爆区上方马道内侧质点振动速度随高程增加存在放大效应,并且这种放大效应在水平径向比垂直向更为显著;另外,在爆区上方第1级马道内侧,质点垂直向振动速度一般比水平径向振动速度大,平均为其1.5倍左右,而后随着应力波向坡体传播,垂直向速度迅速衰减,而水平径向速度衰减相对较慢,到第3级马道内侧,质点水平径向速度已和垂直向持平或略大。同时,结合三维离散元数值软件(3DEC)进行数值模拟,对边坡在爆破荷载作用下质点振动速度、位移以及塑性区状态进行分析,并与现场监测结果进行比较。结果表明,数值计算值与实测值误差在15%以内;在爆破荷载作用下边坡各级马道外侧顶点产生永久位移,但均较小,且趋于稳定;塑性区仅限于爆区周围,边坡整体是稳定的     

Responses of roof and pillars of underground coal mines to vibration induced by adjacent open-pit blasting

Investigations were carried out at seven underground coal mines in India to characterise the responses of roof and pillars of underground workings to the vibrations induced by adjacent open-pit blasting. The roof rocks of the selected underground instrumented panels were having RMR between 36.7 to 57. Monitoring of strata behaviour was carried out before and after blasts. Arrangements were made to mount the transducers of seismographs in roof and pillars to monitor the vibration. Attempts were made to monitor the vibration simultaneously, for a blast, in the pillar and at the junction of the roof or away from the junction in the gallery. 102 sets of such vibration data were recorded in the underground mines. It was observed that the roof of underground roadways vibrated with higher peak particle velocity (PPV) compared to pillars. The amplification of vibration in the roof compared to pillars, away from the junction, was 1.02 to 2.58 times whereas at the junctions, it was 2.04 to 5.57 times.     

层状盐岩中储备库油气渗漏风险的故障树分析

油气渗漏是盐岩地下储备库事故的重要类型之一,具有突发性强、损失难以估计的特点。针对国内层状盐岩中储备库运营过程中的油气渗漏风险进行分析,揭示了油气渗漏事故的发生机制并建立了相应的故障树模型。通过对该模型的分析,找出了事故发生的各基本致因事件和故障模式,并得出适用于典型层状盐岩储备库油气渗漏事故的发生概率公式。分析结果表明,国内层状盐岩中储备库发生油气渗漏事故的可能故障模式有28种,且发生条件易于满足而难于防范,因此事故发生的可能性较大;按照各基本事件结构重要度的计算结果,盐岩强度低、盐岩蠕变过量、附近有断层、地震、造腔参数控制不当、非均匀地应力、人为操作失误等是层状盐岩中储备库油气渗漏事故的主要致因事件,并据此提出有效措施防止事故发生;通过专家调查法和故障树法的综合分析得出,金坛盐矿5口老腔储库在近10年的运营期内发生油气渗漏事故的概率为0.703%,属于偶发性事故。     

Numerical study of pillar stresses and interaction effects for twin rock caverns

Large underground caverns are increasingly being considered for the construction of industrial facilities and transportation infrastructure in order to optimize the use of surface land in large urban cities. Due to the geological constraints underground, it is sometimes necessary to construct a cavern close to an existing cavern. Pillars serve as an underground support element in twin caverns, without which it is difficult to sustain the weight of the overburden materials. If the strength of a pillar is exceeded, it will fail, and the load that it carried will be transferred and thereby contribute to the collapse of the twin caverns. The lack of confinement in slender pillars also contributes to the complete collapse of pillars at relatively low stress magnitudes. From a design point of view, understanding the pillar failure mechanism and the interaction effect between twin caverns is essential. This paper presents a numerical investigation on the influence of various design parameters on twin cavern interaction. Pillar performances with respect to the changes to the maximum principal stress in the pillar, the peak vertical stress, and the peak principal stress difference in the pillar core are studied in order to examine the failure mechanisms and to identify situations in which there is significant cavern interaction and overlap of the plastic zones. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.