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      數(shù)碼電子雷管微差爆破振動(dòng)影響因素分析

      2022-07-13 07:22:16李二寶陳能革
      現(xiàn)代礦業(yè) 2022年6期
      關(guān)鍵詞:裝藥量炮孔振動(dòng)

      李二寶 陳能革

      (1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司;2.馬鞍山礦山研究院爆破工程有限責(zé)任公司;3.安徽馬鋼礦業(yè)資源集團(tuán)有限公司)

      工程爆破技術(shù)廣泛應(yīng)用于露天、水利、鐵路等行業(yè)領(lǐng)域,爆破作業(yè)帶來(lái)極大的施工效率的同時(shí),其產(chǎn)生的爆破公害也不容忽視[1-4]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)爆破振動(dòng)影響因素進(jìn)行了諸多研究。孫冰等[5]結(jié)合不同破壞機(jī)制下的爆破振動(dòng)安全判據(jù)研究現(xiàn)狀,指出現(xiàn)階段爆破振動(dòng)研究的發(fā)展方向有建立快速、準(zhǔn)確的爆破振動(dòng)優(yōu)勢(shì)因素評(píng)價(jià)系統(tǒng),利用三維數(shù)值模擬方法分析建筑結(jié)構(gòu)易損構(gòu)件,制訂具有人性化的爆破振動(dòng)安全標(biāo)準(zhǔn),開(kāi)發(fā)基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的爆破振動(dòng)智能分析系統(tǒng)。呂虎波等[6]研究了隧洞爆破開(kāi)挖引起上覆高速公路路面振動(dòng)響應(yīng)特征及衰減規(guī)律,得出了隧洞已開(kāi)挖部分的自由面,有效地削弱了爆破地震波效應(yīng),加快了爆破振動(dòng)衰減;鄒南榮等[7]分析了露天臺(tái)階深孔爆破時(shí)臺(tái)階地形對(duì)峰值振動(dòng)速度的影響規(guī)律,得出了坡頂質(zhì)點(diǎn)振速放大系數(shù)并不隨臺(tái)階高度的增大呈正相關(guān),而是當(dāng)其超過(guò)某臨界值后,其放大系數(shù)隨臺(tái)階高度增大而減小。

      上述研究大多針對(duì)于爆破振動(dòng)傳播特性、控制措施及安全判據(jù)方面,對(duì)于數(shù)碼電子雷管微差爆破網(wǎng)路爆破振動(dòng)影響因素的研究較少。為此,本研究設(shè)置6種炮孔延期時(shí)間方案,針對(duì)距離爆源60~200 m的范圍,采取方差分析及薩道夫斯基分析方法,分析不同爆心距、不同延期時(shí)間對(duì)爆破振動(dòng)速度的影響規(guī)律。

      1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

      1.1 試驗(yàn)礦山概況

      試驗(yàn)礦山為典型的近城礦山,且主要巖性為次火山巖閃長(zhǎng)玢巖和花崗閃長(zhǎng)斑巖,普氏硬度系數(shù)f=8~15,爆破振動(dòng)傳播特性較好。為降低爆破振動(dòng)對(duì)周邊環(huán)境的影響,爆破設(shè)計(jì)總藥量一般不超過(guò)5 t,采用微差逐孔起爆網(wǎng)路。

      礦山臺(tái)階高度為12 m,采用直徑200 mm炮孔穿孔設(shè)備及170 mm袋裝巖石乳化炸藥,炮孔超深為1~1.5 m,每孔裝藥量約240 kg,最大段藥量為最大單孔裝藥量。

      1.2 試驗(yàn)方案

      為分析炮孔間延期時(shí)間對(duì)爆破振動(dòng)的影響規(guī)律,設(shè)置6種炮孔間延期方案:8,16,24,32,48和72 ms,開(kāi)展數(shù)碼電子雷管不同延期時(shí)間下的爆破試驗(yàn)。沿臺(tái)階坡頂線布置1排試驗(yàn)炮孔(4~8個(gè)),每2個(gè)炮孔為1組,單孔裝藥量約240 kg。

      共計(jì)開(kāi)展4次單排孔現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),共穿鑿鉆孔24個(gè),總炸藥量為5 340 kg,數(shù)碼電子雷管消耗48個(gè),最大段裝藥量為240 kg,乳化炸藥總消耗量為5 340 kg,總爆破方量為10 950 m3。試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)匯總見(jiàn)表1。

      根據(jù)《爆破安全規(guī)程》相關(guān)規(guī)定及試驗(yàn)炮孔位置特點(diǎn),在距離試驗(yàn)炮孔200 m范圍內(nèi)由近至遠(yuǎn)依次布置6個(gè)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)[8-12],對(duì)不同炮孔延期方案所產(chǎn)生的爆破振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

      2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

      2.1 基于方差分析的爆心距單因素影響分析

      統(tǒng)計(jì)不同試驗(yàn)方案下的監(jiān)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)大小情況,采用方差分析手段,將爆心距作為唯一影響因素,繪制不同爆心距時(shí)的單因素監(jiān)測(cè)結(jié)果,見(jiàn)表2。

      根據(jù)表2可知,在同一條件下,由于爆破振動(dòng)效應(yīng)受多種因素干擾與測(cè)量誤差的影響,爆破振動(dòng)速度結(jié)果的存在一定差異。假設(shè)每次試驗(yàn)結(jié)果的爆破振動(dòng)速度服從正態(tài)分布,對(duì)不同爆心距下的爆破振動(dòng)速度進(jìn)行方差分析,首先計(jì)算得出不同爆心距下14次重復(fù)試驗(yàn)結(jié)果的和、平均值及方差(表3),進(jìn)一步得出方差分析各統(tǒng)計(jì)量的值(表4)。

      由表4可知,統(tǒng)計(jì)量F值39.96大于Fcrit值2.33,且P-value小于0.05,可得出爆心距對(duì)爆破振動(dòng)速度值具有顯著影響,為了定量分析爆心距對(duì)爆破振動(dòng)速度的影響,進(jìn)一步對(duì)上表中相關(guān)系數(shù)R2進(jìn)行計(jì)算。在不考慮其它影響因素的前提下,得出爆心距對(duì)爆破振動(dòng)速度的影響為71.72%,R2為0.719 2,具有較強(qiáng)相關(guān)性。表明在各項(xiàng)因素相同的條件下,爆心距與爆破振動(dòng)速度大小具有較強(qiáng)相關(guān)性,與常規(guī)研究結(jié)論一致。

      2.2 基于方差分析的爆心距、延期時(shí)間雙因素影響分析

      將爆心距、延期時(shí)間2個(gè)因素作為影響爆破振動(dòng)速度的主要因素,提取不同試驗(yàn)方案下的監(jiān)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)大小情況,繪制不同爆心距、延期時(shí)間時(shí)的雙因素監(jiān)測(cè)結(jié)果[13],見(jiàn)表5。

      依據(jù)表5,采用統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行雙因素方差分析,得出各計(jì)算參數(shù)及統(tǒng)計(jì)量(表6、表7),進(jìn)一步得出各方差分析統(tǒng)計(jì)量(表8)。

      由表8可知:統(tǒng)計(jì)量F值大于Fcrit的值,且P-value的值小于0.05。進(jìn)一步對(duì)相關(guān)系數(shù)R2進(jìn)行計(jì)算,在不考慮其它影響因素的前提下,得出爆心距及延期時(shí)間雙因素對(duì)爆破振動(dòng)速度的影響相關(guān)系數(shù)R2為0.900 8,具有較強(qiáng)相關(guān)性。可以得出爆心距及延期時(shí)間雙因素對(duì)爆破振動(dòng)速度值具有顯著影響,且爆心距及延期時(shí)間雙因素影響相關(guān)系數(shù)(0.900 8)大于爆心距單因素影響相關(guān)系數(shù)(0.719 2),進(jìn)一步得出延期時(shí)間對(duì)于爆破振動(dòng)速度具有一定的影響性。因此,在爆破實(shí)踐工作中,在微差爆破方案及調(diào)整爆心距的基礎(chǔ)上,還可以通過(guò)調(diào)整炮孔間延期時(shí)間,實(shí)現(xiàn)降低爆破振動(dòng)的目的。

      2.3 基于薩道夫斯基回歸分析的延期時(shí)間單因素影響分析

      根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)得的爆破振動(dòng)速度數(shù)據(jù),借助數(shù)值分析軟件,采用薩道夫斯基公式對(duì)其進(jìn)行回歸分析[14-15],得到6種延期方案下,以為橫坐標(biāo),lnV縱坐標(biāo)的爆破振動(dòng)速度預(yù)測(cè)模型(圖1)。

      根據(jù)回歸預(yù)測(cè)分析模型,分別繪制不同延期方案下的爆破振動(dòng)速度—最大段裝藥量變化曲線,如圖2所示。

      可以得出:在距離爆源60~200 m時(shí),當(dāng)最大段裝藥量一致時(shí),延期時(shí)間對(duì)爆破振動(dòng)速度大小具有較大影響;且不同延期時(shí)間對(duì)爆破振動(dòng)速度的影響趨勢(shì)相同,6種延期方案按照爆破振動(dòng)速度由大到小排列依次為48,24,8,16,72,32 ms。

      3 結(jié)論

      (1)通過(guò)對(duì)爆破振動(dòng)速度影響的方差分析,得出爆心距單因素對(duì)爆破振動(dòng)速度的影響相關(guān)系數(shù)為0.719 2,具有較強(qiáng)相關(guān)性;爆心距與延期時(shí)間雙因素對(duì)爆破振動(dòng)速度的影響相關(guān)系數(shù)為0.900 8;爆心距及延期時(shí)間雙因素對(duì)爆破振動(dòng)速度值具有顯著影響,進(jìn)一步得出可以通過(guò)調(diào)整炮孔間延期時(shí)間,實(shí)現(xiàn)降低爆破振動(dòng)的目的。

      (2)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行薩道夫斯基回歸分析,得出距離爆源60~200 m時(shí),延期時(shí)間對(duì)爆破振動(dòng)速度大小具有較大影響;當(dāng)最大段裝藥量一致時(shí),不同延期時(shí)間對(duì)爆破振動(dòng)速度的影響趨勢(shì)相同,6種延期方案按照爆破振動(dòng)速度由大到小排列依次為48,24,8,16,72,32 ms。

      (3)本研究從數(shù)學(xué)分析的角度驗(yàn)證了延期時(shí)間、爆心距對(duì)爆破振動(dòng)速度的影響規(guī)律,這與采用炮孔干擾降振理論得出的結(jié)論一致。后續(xù)需進(jìn)一步開(kāi)展不同礦山的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),驗(yàn)證本研究結(jié)論。

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