电子起爆条件下雷管布置对爆破振动频谱的影响研究

爆破作为大规模、高效益的破岩方法，在隧道工程中广泛应用，但不可避免地给邻近建构筑物和围岩带来一些不良影响，其中以爆破振动为首。电子雷管起爆延时精确、安全可靠，可以实现对爆破振动强度与频谱的主动控制，是降低爆破地震效应的有效手段。为探究电子起爆条件下雷管位置和数量对爆破振动频谱的影响，通过现场试验和数值计算相结合的方法，归纳总结了起爆点分别位于靠近装药段底部、装药段顶部、装药段中部、装药段顶部底部同时起爆、装药段均匀分布两起爆点同时起爆五种不同起爆条件的爆破振动主频特征；基于黏弹性介质爆破振动频谱表达式，从爆源叠加的角度通过分析不同工况中的爆炸荷载特征，研究了不同起爆点工况下爆破振动的频谱特性，从机理上揭示了雷管布置对爆破振动频率的影响机制与规律。结果表明：装药段均匀分布两起爆点同时起爆条件下爆破振动频率最高，中点起爆和顶部底部同时起爆次之，顶部、底部单点起爆最低。改变雷管位置或数量实质上是将整个装药段分段同时引爆，等效为多个子爆源叠加，分段越多，子爆源装药长度越短，爆轰过程缩短，炸药在孔内的能量释放率提高，爆炸荷载上升速率越快，爆破振动频率越高。随着爆心距的增大，雷管位置对爆破振动频率...     

精确延时爆破条件下的边坡振动响应特性

精确延时条件下的爆破振动响应特性是当前工程爆破领域的重点研究内容。基于岩质边坡爆破振动响应的理论分析,结合溪洛渡水电站边坡开挖爆破振动的数值模拟,研究了精确延时条件下的岩质边坡爆破振动响应特性。结果表明,在边坡的爆源近区,质点峰值振动速度及第一主应力的变化随延时时间的不同具有明显的低峰值,而在爆源远区,则难以确定明确的变化规律。在爆源的近区,合理的延时时间可以降低甚至避免振动效应叠加,该延时时间的最小值约为爆破振动的主周期;爆源的远区,虽然振动峰值降低,但是难以避免爆破振动叠加效应。     

框架结构楼房爆破震动响应的数值模拟

为研究框架结构在爆破震动下的震动响应特性,利用ANSYS/LS-DYNA显示动力分析软件,对某框架结构进行了模态分析与动力响应分析。得到了该建筑结构的自振频率小于10 Hz,低频爆破地震波是引起结构振动、变形的主因;对结构受距离20 m基坑爆破的振动影响进行了模拟,计算所得的距爆源最近点震速和实测震速基本吻合;分析了建筑结构不同楼层的爆破振动规律,表明建筑结构的垂直向速度响应大于水平向速度,20层的高层建筑结构随着楼层高度增加,在1~6楼出现了振动速度局部放大现象。裙楼楼顶(距爆源最远处)出现整个结构最大速度峰值。在城市复杂环境进行爆破施工时,对周围建筑结构的安全监测,不能只对距爆源最近地表进行振动监测,须注意高层建筑结构内部的局部放大效应。     

爆破振动频率调控技术研究与应用

应用机械振动控制理论研究爆破振动的频谱特性,发现延时爆破引发的地震是由逐孔破岩振动和孔间延时振动两种不同能谱的振波迭加而成。以延时起爆振动作为控制基波,将逐孔破岩振波转为谐波分析,再利用运动震源所产生的多普勒效应,合成混频实现振波频移。据此,建立了爆破振动动力响应控制的基本理论和设计方法,并成功应用于岩土爆破和拆除爆破。     

数码电子雷管在泄洪排沙洞爆破中的减振特性研究

为了降低爆破振动强度、控制爆破振动危害,根据爆破形成振动波的相互干扰叠加,在施工场地进行爆破振动试验。采用数码电子雷管,选用普通导爆管雷管作为对照组,在距掌子面15 m、30 m、45 m、60 m处布置监测点,进行了四组不同方案的振动速度变化规律的研究。利用数码电子雷管的精确延时特性,通过前三个组合的现场试验研究,取得泄洪排沙洞使用数码电子雷管洞挖爆破相对最佳的孔间、排间延时间隔时间组合为第二组合的成果：掏槽孔从上到下对称两孔同时起爆,上下孔孔间延时8 ms;其余主爆孔对称安排(从隧洞断面中间向外侧)逐孔从上到下(顶拱从左到右)起爆,孔间延时16 ms;所有排间延时间隔均为100 ms;边顶拱光爆孔和底板光爆孔间隔100 ms,并实现了波峰错相叠加的减振效果。试验结果表明：爆破参数是降低爆破振动强度的关键;在距爆源距离相同的情况下,采用数码电子雷管的质点振动速度峰值明显小于普通雷管,采用数码雷管的主频高于采用普通雷管;数码雷管可大幅度降低爆破振动强度、提高爆破振动的主频。该工程技术在河南洛宁抽水蓄能电站泄洪排沙洞爆破施工中取得了显著的减振效果。     

小净距公路隧道爆破震动观测与分析

基于小净距的南方某公路隧道二期工程爆破震动安全监测,通过质点振动速度峰值与主振频率分析,展开了基于小净距公路隧道的爆破震动观测与研究。首先介绍了测线与测点布置原则,并阐述了爆破震动观测及其结果,得出了相应的质点振动速度峰值衰减经验公式及v-ρ关系曲线。结果表明,半断面、下上台阶和全断面爆破等三种不同隧道施工开挖方式所得出的不同的观测结果,质点振动速度峰值最大值通常出现在同一断面的墙中与顶板位置、径向方向和爆心距最小位置发生处,对应主频分布在15~75Hz,主要集中在22~50Hz。结论指出,质点振动速度峰值与对应主振频率与爆破方式以及爆心距密切相关,爆破规模与爆心距对爆破地震效应影响程度很大,隧道开挖中的全断面爆破有利于减小和控制爆破震动。     

双孔微差及长柱药包爆破振动数值模拟研究

为进一步讨论双孔微差爆破及柱状药包爆破振动新特性,通过在空腔内壁施加等效爆源荷载方法,建立药包爆破振动LS-dyna数值模拟模型,分别对双孔微差爆破和长柱状药包爆破振动进行分析。通过控制加载时间模拟不同延时间隔下的微差爆破过程,同时建立不同长度的加载组元来表示柱状装药的药包长度,进而研究药包长度对爆破振动的影响。数值模拟结果与相应的理论计算结果具有较好的一致性。结果表明:微差爆破质点峰值速度与距离整体呈现负相关,但在衰减过程中出现局部的增大现象,增大的幅值和区间与延时间隔有关,间隔时间越长,局部放大效应距离爆源越远,放大幅值越小。对长柱药包的模拟结果则表明:对于介质中某一点,当药包长度达到特定值后,质点峰值速度将不随着药包长度的增长而增大,这表明传统的通过药量来衡量爆破振动幅值的计算方法具有一定局限性。这些成果对爆破振动预测及爆破施工设计具有一定指导意义。     

小净距公路隧道爆破震动观测与分析

基于小净距的南方某公路隧道二期工程爆破震动安全监测,通过质点振动速度峰值与主振频率分析,展开了基于小净距公路隧道的爆破震动观测与研究。首先介绍了测线与测点布置原则,并阐述了爆破震动观测及其结果,得出了相应的质点振动速度峰值衰减经验公式及v-ρ关系曲线。结果表明,半断面、下上台阶和全断面爆破等三种不同隧道施工开挖方式所得出的不同的观测结果,质点振动速度峰值最大值通常出现在同一断面的墙中与顶板位置、径向方向和爆心距最小位置发生处,对应主频分布在15⁷5Hz,主要集中在2275Hz,主要集中在22⁵0Hz。结论指出,质点振动速度峰值与对应主振频率与爆破方式以及爆心距密切相关,爆破规模与爆心距对爆破地震效应影响程度很大,隧道开挖中的全断面爆破有利于减小和控制爆破震动。     

露井联采爆破振动效应的灰色关联度分析

采用灰色关联理论分析了露井联采中地上台阶爆破对地下巷道影响因素的关联程度。选取最大单响药量、炸药单耗、爆源距测点水平距离、爆源距测点垂直距离、总延时时间、段别间最小延时时间和岩体完整性系数为爆破参考因素;爆破振动峰值速度、峰值频率和振动持续时间为系统参考因素。通过对原始数据无量纲化、负相关转化处理,计算出灰色绝对关联度。进行灰色绝对关联度优势分析,得出了台阶爆破对地下巷道影响的准优因素为最大单响药量。研究结果揭示了露天台阶爆破引起的井下巷道水平方向峰值振动速度、峰值频率以及振动持续时间对于所选爆破相关因素之间的关联序。灰色关联分析的具体结果进一步反映出露井联采地上露天台阶爆破对地下巷道振动效应各主要控制因素,分别为最大单响药量、段别间最小延时时间和岩体完整性系数,在今后的露井联采台阶爆破振动效应控制方案设计中可作为主要参考因素。     

露井联采爆破振动效应的灰色关联度分析

采用灰色关联理论分析了露井联采中地上台阶爆破对地下巷道影响因素的关联程度。选取最大单响药量、炸药单耗、爆源距测点水平距离、爆源距测点垂直距离、总延时时间、段别间最小延时时间和岩体完整性系数为爆破参考因素;爆破振动峰值速度、峰值频率和振动持续时间为系统参考因素。通过对原始数据无量纲化、负相关转化处理,计算出灰色绝对关联度。进行灰色绝对关联度优势分析,得出了台阶爆破对地下巷道影响的准优因素为最大单响药量。研究结果揭示了露天台阶爆破引起的井下巷道水平方向峰值振动速度、峰值频率以及振动持续时间对于所选爆破相关因素之间的关联序。灰色关联分析的具体结果进一步反映出露井联采地上露天台阶爆破对地下巷道振动效应各主要控制因素,分别为最大单响药量、段别间最小延时时间和岩体完整性系数,在今后的露井联采台阶爆破振动效应控制方案设计中可作为主要参考因素。     

大断面隧道爆破减孔布设方法研究

综合介绍了国内外露天台阶爆破技术,系统阐述了近年来在台阶爆破设计、计算机辅助设计系统、GPS钻孔定位、预装药等技术方面的新进展,详述了国内外露天矿台阶控制爆破技术在爆破参数设计、钻孔、药包布设、起爆系统、爆破安全、装药机械化以及计算机应用等方面的最新成果。最后,对我国露天矿台阶爆破技术的今后发展方向提出看法。     

电子雷管和导爆管雷管起爆的振动信号时频特性对比

为了对比电子雷管和导爆管雷管两种起爆方式的爆破振动信号,开展了某露天采石矿两种雷管起爆的深孔爆破振动测试。基于小波分析方法和Matlab程序小波工具箱,对爆破振动信号按照频率划分为10个频带,分析各频带能量和峰值质点速度(peak partide velocity,PPV)的分布特征及随爆心距的变化。结果表明:采用电子雷管和导爆管雷管起爆时,90%的爆破振动能量分布在2~6频带（9.77~312.50 Hz）和2~7频带（9.77~625.00 Hz）,且PPV分布在3~4频带（19.53~78.13 Hz）和4~5频带（39.06~126.25 Hz）,即电子雷管起爆的爆破地震波能量和PPV均向低频带分布,且信号的PPV更小;中、高频带能量大小与段药量成正比,与爆心距成反比;各频带能量占比和PPV大小是反映爆破振动强度的重要指标,采用电子雷管能有效地减少爆破振动。     

地下厂房开挖爆破地震能量分布特征

利用基于功率谱的爆破地震能量分析方法,针对向家坝隧洞掘进爆破和下部梯段爆破的地震能量分布特征进行了研究,并与天然地震的能量特征进行了对比,分析结果表明：地下厂房开挖爆破地震能量分布对应频带宽度达到了200Hz以上,100Hz以上的能量成分占了超过85％,小于40Hz的能量比例非常小,而天然地震的所有能量均分布在5Hz以内的频段内。在地下厂房开挖爆破振动影响分析计算中,不论在荷载,还是在计算方法的选取上,都应注意到爆破地震与天然地震在能量分布特征上的这种差别。     

基于HHT方法的煤矿巷道掘进爆破地震波信号分析

采用HHT方法和EMD分解对煤矿巷道掘进爆破地震波信号的频谱特征、能量分布进行了研究。结果表明：掘进爆破振动的主振频率在100Hz~250 Hz范围内,而主要能量集中在160~260Hz,在0~160 Hz频带范围内能量小、且分布较为均匀。由于采用微差爆破,与质点振动的幅值相对应,振动的能量主要集中在0.25s~0.31s、0.35s~0.4s两个时间段,瞬时能量存在四个峰值,瞬时能量最大的是崩落眼装药起爆。并结合研究成果,从爆破能量控制的角度提出了降低爆破地震效应的对策。     

延时间隔对爆破振动信号时频特征的影响

为探索延时间隔对临近边坡爆破振动峰值速度、主频和信号中的能量分布等影响,在贵州某石灰石露天矿爆破施工现场进行爆破振动测试。采用小波包分析方法对不同延时间隔(25、42、65 ms)的爆破振动信号进行分析研究。结果表明,在相同爆心距条件下采用65 ms延时的爆破振动峰值速度最小,爆破振动信号的能量主要集中在0～62.5 Hz的中低频带,但是不同频带中的能量占比略有差异。随着延时间隔由65 ms减小至25 ms,其0～15.6 Hz频带的能量从54.01%增加至93.33%,15.7～62.5 Hz频带的能量从45.61%减小至6.61%,即随着延时间隔的降低,其爆破振动信号能量往低频带集中,而该频带非常接近边坡的固有频率,对边坡稳定性不利。     

核电厂基础开挖爆破振动监测与数据分析

结合福建漳州核电厂一期工程场地平整土石方工程施工实例,为取得厂区岩体爆破施工时的振动能量分布,优化核电站二期工程爆破技术方案设计,对爆破振动数据进行采集,应用小波变换方法对具有短时非平稳特点的爆破振动信号进行了特征分析。基于小波变换的时-频特性和分层分解分析对比可知,爆破振动持续时间在不同方向上存在差异,且振动持续时间表现出与频率的反相关关系;振动信号的频率分布在不同振动方向上也呈现差异性;由于地形及岩性的因素作用,核电厂区爆破振动的能量分布主要集中在10~50 Hz范围内。     

隧道周边孔爆破振动信号分析

为了解周边孔爆破对控制爆破振动速度的影响,以大连玉华220kV线路新建工程2#大里程隧道为例,分析周边孔爆破振动信号。2#大里程隧道临近商业建筑,通过掏槽孔、周边孔两次起爆,达到了控制爆破振速的目的。因此,在爆破断面垂直的商铺附近,距离爆破断面约6m处布置测试点进行监测。采用FFT法、小波包分析法、加速度功率谱密度法对爆破的振动速度、持续时间、主频、能量-频率分布等进行了分析。结果发现:周边孔爆破中距爆破断面水平距离6m处的最大单向振动速度为1.122 4cm/s,频率较高,80Hz以上,在《爆破安全规程》规定的振动速度范围之内。同时分析了3种方法的异同点,FFT法的速度谱与小波包分析的能量-频谱图波形相似,主频与小波包分析法相差不大,与加速度功率谱密度计算的主频非常接近,可用FFT法初步分析爆破振动信号的能量分布比例。小波包分析法在主频确定方面有更高的分辨率,在精细分析时应采用小波包分析法进行爆破振动信号的分析。该爆破振动信号分析对有效地控制振动速度,降低爆破对周边建筑物的损害和爆破网路设计有着很好的指导意义。     

基于HHT方法对紧邻既有隧道爆破振动信号的分析

为了研究爆破振动对紧邻既有隧道的影响,以京张高铁地下车站3条紧邻平行隧道的爆破振动信号为基础,采用HHT方法分析小间距隧道爆破时在紧邻既有隧道迎爆侧洞壁处的振动信号,绘制出实测爆破振动波形的Hilbert谱、边际谱和瞬时能量图,并对其进行分析。结果表明,在此工程情况下,振幅最大的频率主要集中在40 Hz;掏槽孔处爆破振动能量最大,在后续施工过程中需针对性采取控爆措施。