[发明专利]一种基于能量原理的深部岩体爆破开挖诱发振动预报方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种振动预报方法，具体的说是一种基于能量原理的深部岩体爆破开挖诱发振动预报方法。

背景技术

随着我国社会经济的发展，对能源的需求量越来越大，深部岩体开挖工程也越来越多，如西南地区水电站地下洞室群的开挖、数千米深的矿山开采、核废料地下储存库的建设等。在大埋深、高地应力条件下，岩体中储存有较高的弹性应变能。爆破开挖过程中，伴随着炮孔中炸药的引爆，巨大的能量以高温、高压气体和冲击波的形式释放，并造成炮孔周围的岩体破碎，在新形成的开挖轮廓面上，被开挖岩体对保留岩体的初始应力约束被瞬间移除。随着开挖面上地应力的瞬态卸荷，储存在岩体中的弹性应变能迅速释放。在这一过程中，炸药引爆和岩体释放应变能共同构成了爆破开挖诱发振动的能量源。

目前常用的爆破振动预测公式：

式中：K₁、α为未知系数；Q为单响药量，单位：kg；r为质点与爆源中心的距离，单位：m。可根据实测的爆破振动监测结果及单响药量、质点与爆源中心的距离，采用多元回归分析方法计算出式(1)中的未知系数K₁、α，从而实现爆破振动的预测。该预测公式可以较好的反映出炸药作为能量源对振动的影响，可以较准确地用于露天爆破振动的预测。

然而对于深部岩体爆破开挖，除了炸药外，岩体释放的应变能也是振动的能量源。因此，采用此公式(1)对深部岩体爆破开挖诱发振动进行预测并不合理。

发明内容

针对如上所述现有深部岩体开挖爆破振动预报方法的缺陷，本发明提出了一种基于能量原理的深部岩体爆破开挖诱发振动预报方法，以达到更加准确地预测深部岩体开挖爆破振动的目的。

一种基于能量原理的深部岩体爆破开挖诱发振动预报方法，包括如下步骤：

步骤1，通过量纲分析建立基于炸药爆炸能量及被开挖岩体释放应变能的振动预测公式：式中：ρ为岩体密度，单位：kg/m³；r为质点与爆源中心的距离，单位：m；Q为单响药量，单位：kg；W为炸药爆热，单位：J/kg；QW为单响药量与炸药爆热乘积，表示炸药能量，单位：J；ξ为已知系数，是以振动形式释放能量占炸药爆炸能量百分比；S为被开挖岩体应变能，单位：J；V为被开挖岩体体积，单位：m³；K₂、β均为未知系数；

步骤2，钻孔并装药，在洞壁布置爆破振动监测仪，记录爆破过程的振动波形，获得振动速度的峰值v，同时测量每个监测点对应的质点与爆源中心的距离r；

步骤3，根据爆破设计、参数，获得每段雷管起爆所对应的开挖岩体体积V、炸药能量QW及系数ξ，根据爆破开挖场地环境，获得每段雷管起爆所对应的被开挖岩体应变能S、岩体密度；

步骤4，结合收集到的数据：质点与爆源中心的距离r、炸药能量QW及系数ξ、被开挖岩体体积V、被开挖岩体应变能S、振动速度的峰值v、岩体密度ρ，采用多元回归分析方法计算出振动预测公式中的未知系数K₂、β，即可实现深部岩体爆破开挖诱发振动的预报；

上述步骤4进一步包括以下子步骤：

4-1、根据收集到的数据：质点与爆源中心的距离r、炸药能量QW及系数ξ、被开挖岩体体积V、被开挖岩体应变能S、振动速度的峰值v、岩体密度ρ，计算出和的值；

4-2、对和值进行多元回归分析，获得关于的线性方程；所述的多元回归分析是采用最小二乘法进行非线性拟合；

4-3、根据线性方程中的斜率和截距，采用以自然常数e为底的指数函数，计算出K₂、β值，即可实现深部岩体爆破开挖诱发振动的预报。

本发明的原理在于：深部岩体爆破开挖过程中，炸药引爆和岩体释放的应变能共同构成了爆破开挖诱发振动的能量源，第一部能量与炸药爆热及单响药量有定量数学关系，第二部分能量与被开挖岩体应变能有定量数学关系，因此，根据能量守恒原理，采用量纲分析方法建立深部岩体爆破开挖诱发振动的预测公式：

式(2)中：ρ为岩体密度，单位：kg/m³；r为质点与爆源中心的距离，单位：m；Q为单响药量，单位：kg；W为炸药爆热，单位：J/kg；QW为单响药量与炸药爆热乘积，表示炸药能量，单位：J；ξ为已知系数，是以振动形式释放能量占炸药爆炸能量百分比；S为被开挖岩体应变能，单位：J；V为被开挖岩体体积，单位：m³；v为峰值振动速度，单位：m/s；K₂、β均为未知系数。