数码电子雷管逐孔起爆下质点峰值振速预测研究.pdf

中国矿山工程China Mine Engineering2024 年 2 月第 53 卷摇 第 1 期数码电子雷管逐孔起爆下质点峰值振速预测研究Prediction of Particle Peak Vibration Velocity under Hole鄄by鄄holeInitiation of Digital Electronic Detonator贾摇 贝1,2,熊赞民1,2,郭摇 雷1,2(1.中国恩菲工程技术有限公司,北京 100038;2.深部金属矿采动地压灾害防控国家矿山安全监察局重点实验室,北京 100038)摘摇 要:针对电子雷管起爆技术采用传统经验公式预测质点峰值振速精度较低的问题,本文根据电子雷管爆破施工的特点,将其按炮孔类型的不同进行分类,提出了一种分段式的质点峰值振速预测方法,并结合金属矿山巷道爆破进行了试验。结果表明:传统萨道夫斯基经验公式不适用于数码电子雷管爆破的质点峰值振速预测;按照延期时间将炮孔分类后,其质点峰值振速可利用萨道夫斯基经验公式进行预测,选取比例距离药量下各类型炮孔的预测值最大的部分,基于此组成拟合曲线,此组合式曲线具有较好的拟合效果。关键词:巷道爆破;数码电子雷管;质点峰值振速;振速预测中图分类号:TD235摇 摇 摇 文献标志码:A摇 摇 摇 文章编号:1672鄄鄄609X(2024)01鄄鄄0032鄄鄄04作者简介 贾贝(1993),男,博士后,主要从事矿山爆破工程咨询及设计研究工作。基金项目 国家“十四五冶重点研发计划项目(2023YFC2907201)。引用格式 贾贝,熊赞民,郭雷.数码电子雷管逐孔起爆下质点峰值振速预测研究J.中国矿山工程,2024,53(1):32-35+59.Abstract:Aiming at the problem of low accuracy of predicting particle peak velocity by traditional empirical formula in electronicdetonator initiation technology,this paper classifies the particle peak velocity according to different hole types according to thecharacteristics of electronic detonator blasting construction,and proposes a piecewise particle peak velocity prediction method,which iscombined with metal mine tunnel blasting.The results show that the traditional Sadowski empirical formula is not suitable for predictingthe peak particle velocity of electronic detonator blasting;After sorting the holes according to the delay time,the peak particle velocitycan be predicted by Sadowski empirical formula.The part with the largest predicted value of each type of blast holes under theproportional distance charge is selected.Based on this,the combined curve has a better fitting effect.Key words:tunnel blasting;digital electronic detonator;particle peak vibration velocity;vibration velocity prediction1摇 前言随着我国国民经济的快速增长,各行业对于矿产资源的需求日渐增长,对矿山安全高效的开采提出了新的挑战。爆破振动作为矿山爆破施工过程中的最大危害,是矿山安全生产建设的首要控制目标1-2。数码电子雷管作为一种新型的起爆器材,因具有精确的控制起爆时间的能力,近年来被广泛的应用于金属矿山爆破当中3。与传统的导爆式雷管相比,数码电子雷管起爆时间的误差可以控制在1 ms 以内,对矿山爆破孔网参数设计、爆破振动和块度的控制具有重要的意义4。为了降低爆破振动对周边环境的影响,一般采用逐孔起爆的方式进行起爆5。然而,经过研究发现传统的萨道夫斯基经验公式对此方式下质点峰值振速的预测精度较低。为了解决此问题,研究人员6对比分析了电子雷管与导爆管两种起爆方式的振动衰减规律,提出以能量各频带能量来表示振动强度的方法;此外,诸如轻型梯度提升机、神经网络、粒子群优化等算法被用来预测质点峰值振速7-9,并取得了较好的预测效果。然而,上述方法在预测振动时需要大量的现场数据作为样本,且建立的预测公式缺乏明确的物理意义,在实际工程的应用中具有一定难度,并不能被大规模应用。基于上述情况,本文以某铜矿巷道的爆破施工为研究背景,采用理论分析和现场试验的方法,深入研究了数码电子雷管的质点峰值振速的衰减规律,23摇第 1 期贾摇 贝等:数码电子雷管逐孔起爆下质点峰值振速预测研究在传统的质点峰值振速预测方法的基础上,提出了一种分段式的质点峰值振速预测方法,以提高其质点峰值振速的预测精度,为数码电子雷管的安全应用提供一定的帮助。2摇 工程概况2郾 1摇 地质条件经现场地质调查,钻探勘察,结合岩石鉴定,试验巷道主要为英安斑岩体,南北两侧接触带及其外侧发育裂隙构造的蚀变千枚岩、以及少量角砾岩、蚀变石英闪长岩。2郾 2摇 爆破参数本次巷道爆破施工采用数码电子雷管全断面逐孔起爆,依据以往工程经验和巷道地质条件,对电子雷管的爆破参数进行了设置,爆破参数见表1。由表 1 可知,此次爆破设置了掏槽孔、扩操控、破碎空、底边孔和周边孔共计 5 种不同类型的炮孔,8 个炮孔起爆段别,各段别之间的延期时间均为 150 ms。表 1摇 电子雷管爆破参数炮孔部位炮孔数量炮孔深度/s单孔药量/kg总药量/kg孔间延期/ms起爆时间/ms掏槽孔243郾 52郾 424150 150扩槽孔103郾 41郾 81825300 550163郾 21郾 52425700 1 100破碎孔203郾 21郾 530251 250 1 700223郾 21郾 533251 850 2 400333郾 21郾 549郾 5252 550 3 375底边孔203郾 52郾 14263 500 3 620周边孔483郾 20郾 628郾 863 770 4 0582郾 3摇 测点布置本次试验使用 TC-4850 型爆破测振仪进行监测,仪器采用内触发的模式,触发电平设置 为0郾 02 cm/s、采样频率设置为8 000 Hz、触发延时设置为-500 ms。根据巷道爆破施工情况,现场共布置了 4 个测点,测点均布置于巷道拱腰位置,其详细的布置如图 1 所示。图 1摇 现场测点布置示意图摇3摇 质点峰值振速预测公式3郾 1摇 传统质点峰值振速预测公式19 世纪初期,随着炸药的逐渐普及,爆破施工带来的次生灾害也逐渐得到了人们的重视。为了降低爆破次生灾害对周边构筑物的危害,国外学者统计了大量集中装药的爆破施工实测数据,分析发现岩石爆破中质点峰值速度的大小对周边构筑物的破坏程度具有很大影响,且爆心距和单响最大药量被认为是影响其大小的主要因素,因此建议质点峰值振速公式为v=kQnRm(1)式中,v 为质点峰值振速,cm/s;k 为与地质相关的场地参数;Q 为单响药量,kg;R 为爆心距,m。不同国家地区根据本地条件,在式(1)的基础上总结出了适用于当地的经验公式。目前,我国使用的为前苏联科学家总结的萨道夫斯基经验公式10,如式(2)所示。v=(K3Q)R琢(2)式中,Kv、琢V为与地形、地质条件有关的系数和衰减指数。3郾 2摇 分段式质点峰值振速预测方法传统的质点峰值振速预测公式的是由半无限空间下球形药包的集中装药的前提下总结出来的,然而数码电子雷管的逐孔起爆方式使得炸药并不能被视作集中装药的起爆,使得传统公式的预测精度下降。因此,此本文提出了一种分段式的质点峰值振速预测方法,其详细步骤如下。(1)基于电子雷管爆破中延期时间的设计,按照炮孔类型的不同,分别提取出不同类型炮孔对应的爆破振动。(2)利用萨道夫斯基经验,选取爆心距和单孔最大药量作为变量,分别求取不同类型炮孔对应的33中国矿山工程摇 2024 年(第 53 卷)经验公式。(3)以不同类型炮孔的萨氏预测公式为基础,选取各比例距离药量下的预测值最大的部分组成拟合曲线,此组合式曲线即为对应的分段式质点峰值振速曲线。4摇 测试结果与回归分析4郾 1摇 爆破振动测试结果分析以某日电子雷管逐孔起爆试验中 1#测点和 4#测点的采样数据为例,爆破振动的时程曲线如图 2所示。由图 2 可看出,1#测点和 4#测点的最大峰值振速分别为 4郾 41 cm/s 和 1郾 43 cm/s,且对应炮孔类型为扩槽孔和底边孔,单孔药量为1郾 8 kg 和2郾 1 kg。传统振速预测公式的前提假设为最大峰值振速由单孔药量最大的炮孔产生,而此次爆破试验中单孔药量最大的炮孔为掏槽孔,并不符合假设。图 2摇 某日 1#测点和 4#测点的爆破振动的时程曲线摇为了排除偶然因素的影响,分别统计了不同爆破参数下的试验结果,具体类型见表 2。由表 2 可知,大部分测点的最大单孔药量对应炮孔类型与最大峰值振速对应炮孔类型不相同。因此,利用传统振速预测公式分析电子雷管的峰值振速衰减规律是不合理的。4郾 2摇 振速预测公式的拟合本次数码电子雷管爆破试验共采集到了 27 组有效数据,基于表 1 中的起爆时间将每条数据按照炮孔类型的不同进行分类,识别其对应的最大峰值振速后,带入到萨道夫斯基经验公式,可得到各炮孔类型的振速预测公式,预测公式如图 3 所示。表 2摇 不同爆破参数下最大峰值振速对应炮孔类型测试时间测点编号最大单孔药量对应炮孔类型最大峰值振速对应炮孔类型1掏槽孔扩槽孔11.112掏槽孔底边孔3掏槽孔底边孔1掏槽孔掏槽孔11.122掏槽孔底边孔3掏槽孔底边孔12.141掏槽孔掏槽孔2掏槽孔掏槽孔3掏槽孔扩槽孔摇 摇 图 3 可以看出,此次爆破试验的掏槽孔、扩槽孔、破碎孔、底边孔和周边孔的振速预测公式均具有较高 拟 合 系 数,其 分 别 为 0郾 908、0郾 855、0郾 889、0郾 832 和 0郾 845。这表明在数码电子雷管爆破施工过程中,利用萨道夫斯基经验公式预测不同类型炮孔振速的方法具有一定的可行性。基于上述不同类型炮孔的振速预测公式,按照分段式振速预测方法对其拟合公式进行整合,得到的分段式拟合曲线如图 4 所示。由此可知,此方法的拟合系数为 0郾 785,具有较强的拟合效果。因此,在矿山巷道采用电子雷管爆破施工时,利用分段式质点峰值振速预测方法对爆破振动进行预测是可行性的。5摇 结论针对电子雷管爆破不满足传统质点峰值振速预测公式前提假设的问题,本文根据电子雷管爆破施工的特点,将其按炮孔类型的不同进行分类,提出了一种分段式的质点峰值振速预测方法,主要的结论如下:(1)传统萨道夫斯基经验公式不适用于数码电子雷管爆破的质点峰值振速预测。深井巷道采用数码电子雷管进行爆破时,最大单孔药量对应炮孔类型与振动波形最大峰值振速对应炮孔类型不相同,不满足传统振速预测公式的前提假设。(2)利用萨道夫斯基经验公式预测不同类型炮孔振速的方法具可行性。基于电子雷管起爆时间将每条数据按照炮孔类型的不同进行分类,利用萨道夫斯基经验公式对其质点峰值振速进行拟合,发现其拟合系数均大于 0郾 8,具有较好的拟合效果。43摇第 1 期贾摇 贝等:数码电子雷管逐孔起爆下质点峰值振速预测研究图 3摇 不同类型炮孔对应的振速预测公式摇图 4摇 分段式振速预测方法拟合曲线示意图摇 摇(3)分段式质点峰值振速预测方法适用于数码电子雷管爆破振动预测。以不同类型炮孔的萨氏预测公式为基础,选取各比例距离药量下的预测值最大的部分组成拟合曲线,经试验发现此组合式曲线的拟合系数为 0郾 785,具有较好的拟合效果。参考文献1摇 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.爆破安全规程 GB67222003S.北京:中国标准出版社,2004.2摇 凌同华.爆破震动效应及其灾害的主动控制 D.长沙:中南大学,2004.(下转第 59 页)53摇第 1 期李浩宇等:千万吨级主井高速大载重提升技术研究与应用图 7摇 主井井塔立面布置图摇7摇 结论思山岭铁矿主井提升系统作为千万吨级高速大摇 摇 摇载重提升技术研究与应用代表,从方案确定之初就本着创新性、先进性、可靠性、安全性的原则,以成熟工艺、大型设备、安全保护为支撑,将提升安全间隙研究作为确定井筒断面和提升安全运行基础,在此基础上将 55 t 大载重箕斗、准6郾 75 m 伊6 大型塔式多绳摩擦提升机、6 500 kW 伊2 交流同步电机、大直径高强度注塑提升钢丝绳等一系列先进技术、装备应用到主井提升项目设计与建设中。参考文献1摇 徐长磊.钢丝绳罐道提升容器侧向气动压力模拟计算J.现代矿业,2019,35(01):138-142.2摇 徐长磊,杜贵文,孙杨,等.深井钢丝绳罐道提升容器水平偏移和安全间隙计算 J.建井技术,2018,39(1):35-39.3摇 李浩宇,施士虎.深井多绳摩擦提升系统探讨J.中国矿山工程,2016,45(1):71-74.4摇 仲松.红庆河煤矿主立井提升系统创新设计与实践J.煤炭工程,2019,51(6):39-42.5摇 刘显旺,郭智杰,王程.葫芦素矿主井井塔建筑结构设计J.煤炭工程,2016,48(5):31-33,詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬詬36.(上接第 35 页)3摇 刘杰,黄克磊.基于数码电子雷管的非煤矿山爆破技术推广J.矿业工程,2023,21(5):29-32.4摇 刘翔宇.电子雷管起爆体系下城市隧道爆破参数确定方法研究D.北京:北京科技大学,2022.5摇 马连成,陆占国,杨光月,等.基于有限元的 MEMS 惯性传感器保护装置研究J.中国矿山工程,2022,51(6):24-29.6摇 吴礼军,王鑫尧.城区基坑开挖爆破振动预测及控制研究J.爆破,2023,40(3):206-211+235.7摇 丁伟捷,刘殿书.露天矿数码电子雷管逐孔起爆条件下质点峰值振速预测J.地球科学,2023,48(5):2000-2010.8摇 Pak T U,Jo G R,Han U C.Prediction of characteristicblast鄄induced vibrationfrequencyduringundergroundexcavation by using wavelet transformJ.Frontiers ofStructural and Civil Engineering,2022:1-11.9摇 Wang Y,Zheng G,Li Y,et al.Full waveform predictionofblastingvibrationusingdeeplearning J.Sustainability,2022,14(13):8200.10摇 Wang P,Ma Y,Zhu Y,et al.Experimental study ofblast鄄induced vibration characteristics basedonthedelay鄄time errors of detonatorJ.Advances in CivilEngineering,2020,2020:1-9.95