隧道爆破近区爆破振动测试研究

隧道掌子面附近围岩的稳定性对施工人员和隧道自身的安全至关重要,实践证明,由隧道爆破远区振动数据得出的围岩振动规律不适用于爆破近区。因此,测试隧道爆破近区围岩的振动、研究隧道掌子面附近围岩的振动规律是隧道钻爆施工安全的重要保证。以贵阳—广州铁路棋盘山隧道为工程背景,在隧道掌子面后方隧道拱顶5m范围的围岩内安装定制的速度传感器,测试隧道拱顶部位围岩的爆破振动速度;利用隧道中导洞的开挖,在中导洞掌子面正上方和侧面2m范围的围岩内安装定制的速度传感器,测试掌子面正上方和侧面围岩的爆破振动速度;研究隧道掌子面后方隧道拱顶、掌子面正上方和侧面围岩的爆破振动规律。研究成果对隧道钻爆施工具有一定的指导意义。

基于叠加原理的隧道爆破近区振动规律研究

为了改善隧道近区振动强度预测的准确性,以线性叠加理论的假设条件为基础,建立了符合现场实际的隧道近区振速计算模型。以北京兴延高速公道浇花峪右线隧道,里程为YK28+190到YK28+354范围内实测数据验证模型的可行性,并对隧道近区振动规律进行研究。研究表明:(1)基于波形叠加的爆破振动预测模型适用于隧道近区振动预测;(2)随着单孔装药量的增加,平行于掌子面的隧道截面上能量密度增加,振速等值线的强度增大,轮廓形态出现变化,中心测线振速的增长幅度大于两边,在爆破近区这种现象尤为明显;隧道已开挖区垂直掌子面的测线方向上,随着离爆源的距离增加,振速的衰减速度逐渐变小。(3)随掏槽孔孔数目的增多,相同数值的等值线外移,且等值线逐渐平缓;平行于掌子面的隧道截面上,振速的增加幅度逐渐减小。

隧道爆破近区振动的预测方法

将比例距离的概念应用于隧道爆破振动分区中,以速度衰减曲线斜率的大小作为分区计算的依据。在此基础上,提出采用BP小波神经网络的方法预测爆破近区振速,以棋盘山隧道实测数据验证模型的可行性。结合泉厦高速公路大坪山隧道工程实例,对临近既有隧道形式的隧道爆破地震波传播规律进行分析,并对近区振速进行预测。分析表明:(1)在无实测值时,隧道爆破分区可按比例距离大致划分为:比例距离<5.0为爆破近区;5.0≤比例距离≤9.0为爆破中区;比例距离>9.0为爆破远区。(2)BP小波神经网络爆破近区预测模型不仅适用于新建分离式隧道,也适用于临近既有隧道的新建小净距隧道。研究成果对复杂环境下的隧道钻爆施工具有一定的指导意义。

基于叠加原理的隧道爆破近区振动预测方法

为了改善隧道近区振动强度预测的准确性,基于现场单孔爆破试验,在掌子面后方构建5排×11列的测点阵模型,在考虑震波频率随传播距离衰减的基础上,利用Anderson线性叠加模型来模拟掏槽孔爆破时的振动情况,建立符合现场实际的隧道近区振速计算模型。同时以北京兴延高速公路隧道梯子峪段爆破工程实测振动数据验证模型的可行性,并对隧道近区振速进行预测。研究表明:(1)基于波形叠加的爆破振动预测模型适用于隧道近区振动预测;(2)在平行于掌子面的隧道截面上,在一定范围内爆破地震波能量流动的方向逐渐分散而均匀,在垂直于掌子面的测线上,拱顶处速度衰减折线的斜率绝对值最大,衰减最快;(3)在模型分析区域中,随着到掌子面距离的增加,不同隧道截面上测点对群孔效应敏感性不同,距离掌子面越近,敏感性越大。

露天煤矿高温火区爆破的安全技术探究

对露天煤矿开采中遇到的火区高温爆破难题,提出了防治结合的3大措施。归纳了几种灭火方法及其在露天煤矿应用的配合使用。通过试验及对爆破器材的物理化学性质的分析,从矿山常用爆破器材中优化选择了高温环境中能保证安全作业的器材。根据火区特点,归纳出几项火区作业应遵守的规程。

硬岩竖井爆破损伤区探测及衬砌荷载

为研究硬岩竖井受爆破开挖扰动的影响,依托米仓山公路隧道竖井工程,采用RSM-RCT(B)测试系统探测竖井爆破损伤区范围为1.1~1.4 m,并利用残余地质强度指标标定损伤区力学参数,将其纳入收敛约束法和数值分析中,以评估损伤区对竖井围岩及衬砌荷载的影响。研究结果表明,在硬岩竖井中开挖爆破是造成岩体损伤区的关键因素,地应力方向和大小对硬岩损伤区分布基本无影响。分析结果表明,爆破损伤区导致围岩变形增大,从而使得衬砌荷载增加,最大剪应力出现在损伤区与未破坏岩体之间的交界处,大小为16 MPa,同时靠近该位置的衬砌荷载也会变大,较深竖井可采用分区段支护,降低投资成本。研究结果可为硬岩竖井开挖荷载计算及设计优化提供一定参考。

近区爆破下梁桥振动频带能量的小波分析

近区爆破引起的连续梁桥产生振动，评估爆破震动对桥梁产生的影响，为桥梁的抗爆设计提供参考依据。基于小波变换方法，采用db8小波基对振动测试信号进行分解与重构，计算爆破震动在各个频带的能量分布。以厦漳跨海大桥南汉南引桥施工期爆破监测项目为依托，建立桥梁的空间动力分析模型并进行模态分析，计算桥梁的前10阶自振频率。对23次爆破振动信号进行小波分析，结果表明，爆破振动信号的主震频带在15．625—62．5Hz内，桥梁的前9阶固有自振频率所在频带能量小于总能量的5％。

爆破荷载下岩质边坡裂隙区范围测试方法

为提高露天矿山爆破过程中的安全性,提出一种基于预埋测试棒确定岩石爆破裂隙区范围的方法;基于爆炸应力波通过结构面传播理论及现有爆破裂隙区范围研究成果,确定测试棒材料的选取方法,并给出制作步骤和测试流程;开展现场爆破测试,根据爆破后测试棒的断裂范围获取爆破裂隙区的范围,并分别采用理论解析方法、数值分析和现场振动速度监测等方法验证爆破试验测试结果。结果表明:采用预埋测试棒的方法获取岩石爆破裂隙区范围,理论上可行;10 kg药量爆破荷载作用下,岩质边坡裂隙区最大水平半径为2.95 m;3种方法与现场试验测试所得结果相对误差分别小于24.8%、18%和4%。

防护下的导爆索在高温火区爆破中的应用

为了使普通导爆索能应用在高温炮孔中,采用陶瓷纤维套管与胶体水对导爆索进行防护,通过热电偶测温技术测量陶瓷纤维套管中的温度变化以及高温炮孔填土前后的温度变化。结果表明:填土后的炮孔中心温度在较长时间内才回升到先前的温度,有利于导爆索的保护;耐温隔热套管内下部温升速率比上部温升速率快,但最终都稳定在水沸点温度,防护下的导爆索在其底部温度为320℃炮孔中放置40 min后能正常起爆。

爆破近区地质结构特性对震动信号传播的影响研究

基于文献〔1〕提出的“爆破震动弹性区的信号是经过震源邻近区域等效地质结构滤波后传出的”观点,利用LS-DYNA程序对岩土介质中存在软弱夹层时的爆破震动过程进行了一系列数值计算,讨论了存在软弱地质结构面时自由表面震动信号频率特征的变化规律。比如:爆破点和软弱结构面的相对位置以及软弱结构面分布范围和刚度改变时,爆破地震信号频率特征的演化规律。这些规律说明了爆破邻近区域的结构特征对震动信号频率特征有着显著的影响,同时为各种工程地质结构(如地下裂隙、软弱夹层等)的识别提供了一种新的思路。现场爆破实验的结果也定性地验证了这些规律。

近区爆破对大桥振动影响的监测分析

近区开挖爆破会引起桥梁产生振动响应,为确保桥梁安全,对爆破振动进行实时监测,并及时反馈指导爆破施工。对实测数据分析并利用db8小波基对桥墩基处振动信号进行小波分析,研究了不同频带的相对能量分布,认为爆破振动不影响桥梁的安全。

铁长沟露天煤矿火区爆破安全性分析

火区爆破带有极大的危险性,根据炸药爆破机理和热力学理论,阐述了在火区爆破作业条件下所采取的安全技术措施和应注意的问题。

应用于火区爆破的耐火隔热套筒设计

为了设计应用于火区爆破的耐火隔热套筒,采用热电偶测温技术比较陶瓷纤维不同组合以及耐火隔热套筒中装有不同介质的隔热效果。结果表明:陶瓷纤维外层加一层铝箔在满足隔热效果情况下可有效减少套筒厚度;耐火隔热套筒与药卷之间间隙未注水会使药卷的表面温度在短时间内就达到水沸点温度而后仍继续上升,耐火隔热套筒与药卷之间间隙注水可使药卷长期保持在恒温环境中,有利于保护药卷。试验后耐火隔热套筒内的水位下降到一半以上,但水位以上的乳化炸药外表面无烧焦痕迹,因此可确认耐火隔热套筒可在高温火区爆破中应用。

地下巷道对近区爆破动荷载的响应特性研究

在地下矿产资源开采和地下空间群及隧道开挖过程中,钻爆施工具有无法取代的优势,然而地下既有开挖空间受近区开挖爆破动荷载的影响也不容忽视。为提高钻爆开挖后地下空间围岩安全、稳定以及优化开挖爆破方案,结合某磷矿采掘巷道特征,采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建模计算既有巷道在不同距离爆源(爆源距离巷道距离分别为10 m、14 m、18 m、22 m)巷道的顶板、底板、巷帮动力响应分布。计算结果表明:既有巷道断面近区岩石的破坏以拉应力破坏为主,压应力起辅助破坏作用;相邻巷道的合理布置范围在14~18 m范围之内,有效保证采场结构的安全稳定;倒梯形断面有助于爆炸应力波的引导和发散,同时也有助于提高既有巷道的安全稳定。

巴润铁矿超大区爆破方案设计与实践

巴润铁矿是包钢集团主要的原料生产基地,但是现有的大区爆破技术远远无法满足包钢集团钢铁生产用矿需求。为提高矿山产能,该矿通过在大区爆破的基础上进一步增大爆区规模,采用超大区爆破技术进行现场试验。该爆区长度为630 m,宽度为60～150 m,在爆破炮孔数量、一次用药量及爆破范围等方面大于普通爆破大区。通过设置合理的爆破参数、装药结构并加强现场施工管理最终实现了超大爆区爆破技术在巴润铁矿的成功应用。现场实践表明:采用超大区爆破方案后,爆破振动速度为1. 018 9～2. 736 9 cm/s,大块率为10%,爆破后冲作用小,爆破成本相比于传统爆破降低15%,较传统爆破降低单耗10%,节约穿孔米道13%,减少设备避炮时间60%。综合分析表明:超大爆区爆破技术的应用,有助于大幅度提高巴润铁矿的矿石生产能力,降低单位原矿开采成本,从而实现矿山降本增效的目的。

岩体爆破松裂区的损伤机制及其数值模拟

用损伤力学处理方法着重研究爆破运区岩体的松裂机制，建立其损伤发展方程与本构模型。在二维限差分计算程序（Ｓｈａｌｅ）中嵌入伤模型后，实现了岩体爆破松裂区数值模拟。对三峡工程左岸坝基岩体小药量爆破试验和清江隔河岩工程的开挖爆破进行了模拟计算，其结果与相应的实测数据吻合，模拟相对误差小于１３．３％

露天煤矿火区爆破安全作业技术

为了在保证安全的前提下提高露天煤矿火区爆破施工规模和生产效率,以宁夏汝箕沟煤矿羊齿采区为工程背景,在总结分析常规爆破施工方法存在的主要问题基础上,围绕温度监控、装药方式、施工程序等方面进行了深入研究。提出了采用全孔深测温装置和装药前全过程炮孔温度监控装置,实现了全方位温度监测;采用耐热防护装置,提高了火区爆破的适用范围;基于常规施工工艺提出了一套特殊的爆破施工程序,实现了露天煤矿火区快速、安全爆破。实践证明,采用的火区爆破施工技术具有安全可控、施工高效、成本低廉等特点,在类似工程中具有广泛的推广应用价值。

水下爆破软土地基远区振动效应预测

针对水下爆破软土地基远区保护对象所受到的爆破振动效应,以金建高铁兰江特大桥水下基础开挖工程为背景,根据试爆所得振动数据进行非线性回归拟合得到K、α值,依据萨道夫斯基公式给出爆破振动预测规律,并对远区典型测点振动监测数据进行信号分解、重构及频谱分析。结果表明:预测规律与实测数据均值曲线仅在一定距离范围内预测相对准确,当测点爆心距大于450 m时预测失效;作用于远区测点的能量基本来自f<50 Hz的低频波,10~20 Hz频段起主导作用,低频波的衰减速度虽趋于稳定但未达到预测规律,导致远区振动具有相对放大效应。结合工程实际,采用统计学方法分析远区振速预测值与实测值,给出放大效应预测修正公式。实践经验与研究思路可为无法得到较为理想K、α值的类似工程远区振动预测提供有益的参考。

露天矿火区爆破灭火降温方法

根据大峰露天煤矿生产实践,总结了火区爆破中常用的灭火降温方法,介绍了各种方法的适用条件、操作方法、特点及要求。