磁海铁矿露天开采爆破振动影响因素分析.pdf
第2 9 卷第l 期 爆破 V o l 2 9N o 1 2 0 1 2 年3 月B L A S T I N G M a r .2 0 1 2 D O I 1 0 .3 9 6 3 /j .i s s n .1 0 0 1 - 4 8 7 X .2 0 1 2 .0 1 .0 0 8 磁海铁矿露天开采爆破振动影响因素分析 代贞伟1 , 2 ,罗学东1 .2 ,张则冈d d3 ,张明3 ,张文勇3 1 ,岩土钻掘与防护教育部工程研究中心,武汉4 3 0 0 7 4 ;2 .中国地质大学工程学院,武汉4 3 0 0 7 4 ; 3 .新疆八一钢铁集团雅满苏矿业有限责任公司,哈密8 3 9 0 0 0 摘要工程爆破中,影响爆破振动的主次因素是制定合理控制爆破措施的基础。以现场爆破振动测试为 基础.结合矿区工程地质调查结论,引入测振点C S M R 值为地质务件表征值,采用灰关联分析方法确定各种 爆破振动影响因素的主次关系。由灰关联度分析可知,总药量、最大单段药量和测振点的C S M R 值为磁海铁 矿露采边坡爆破振动的主要影响因素。可为控制爆破措施制定提供依据。 关键词灰关联爆破振动;矿山边坡 中图分类号0 3 8 1文献标识码A文章编号1 1 3 0 1 - 4 8 7 X 2 0 1 2 0 1 0 0 3 1 - 0 3 T h el n f l u e n c eF a c t o r s i nC i h a i A n a l y s i so fB l a s t i n gV i b r a t i o n O p e n - p i tM i n i n g D A IZ h e n w e i l 2 ,L U OX u e d o n g ‘2 ,Z H A N GZ e .g a n 9 3 ,Z H A N GM i n 9 3 ,Z H A N GW e n .y o n 9 3 1 .E n g i n e e r i n gR e s e a r c hC e n t e ro fR o c k - s o i lD r i l l i n ga n dE x c a v a t i o na n dP r o t e c t i o n , M i n i s t r yo fE d u c a t i o n ,W u h a n4 3 0 0 7 4 ,C h i n a ; 2 .C o l l e g eo fE n g i n e e r i n g ,C h i n aU n i v e r s i t yo fG e o s c i e n c e s ,W u h a n4 3 0 0 7 4 ,C h i n a ; 3 .Y a m a n s uM i n i n gC o m p a n yo f8 a y iI r o n S t e e lG r o u p sC o r p o r a t i o n ,H a m i8 3 9 0 0 0 ,C h i n a A b s t r a c t I ne n g i n e e r i n gb l a s t i n g ,t h ep r i m a r ya n ds e c o n d a r yf a c t o r sa f f e c t i n gb l a s t i n gv i b r a t i o ni st h ef o u n d a t i o n o fm a k i n gr e a s o n a b l eb l a s t i n gc o n t r o lm e a s u t “ 鹤.T h i sp a p e ri sb a s e do nt h eb l a s t i n gv i b r a t i o nt e s to fS c e n e ,c o m b i n e d w i t ht h em i n ee n g i n e e rg e o l o g ys u r v e y ,t h eC S M Ro fv i b r a t i o n - p o i n ti si n t r o d u c e dt ob et h eG e o l o g i - c a lc o n d i t i o n s c h a r a c t e r i z a t i o n .U s i n gt h eg r a yr e l a t i o n a la n a l y s i sm e t h o dt od e t e r m i n et h ep r i m a r ya n ds e c o n d a r yb l a s t i n gv i b r a t i o n r e l a t i o n s h i po ft h ev a r i o u sa f f e c t i n gf a c t o r s .T h eg r a yc o r r e I a l i o na n a l y s i ss h o w st h a tt h eg r o g so fe x p l o s i v e .幽em a x c l o s ep e rd e l a ya n dt h eC S M Ro fv i b r a t i o n p o i n t 哦t h em a i ni n f l u e n c ef a c t o r so no p e ns l o p eb l a s t i n gv i b r a t i o no f C i h a im i n e 。p r o v i d i n gt h eb a s i sf o rm a k i n gm e a s a r e t oc o n t r o lb l a s t i n gv i b r a t i o n . K e yw o r d s g r e yc o r r e l a t i o n ;b l a s t i n gv i b r a t i o n ;m i n es l o p e 露天矿山开采过程中,爆破作业占有重要地位。 爆破导致的地震效应会影响边坡稳定性,是边坡潜 在不稳定体发生破坏的诱发因素。因此,有必要对 露天矿山边坡爆破振动及其影响因素进行了深入的 收稿日期2 0 Il 一0 8 2 7 作者简介代贞伟 1 9 8 6 一 ,男,硕{ 研究生,主要从事岩士体稳定 性方面的研究丁作, E m a i l d a i z h e n w e i 1 6 3 .c o m 。 通讯作者罗学东 1 9 7 1 一 ,男,博十、副教授,t 要从事矿山边坡稳 定性分析与地下工程加围 面的研究上作. E m a i l l x d 3 2 8 1 6 3 .e o m . 研究。 与其它爆破类似,影响露天矿山爆破振动效应 的因素很多。如何简单、可靠地从诸多影响因素中 确定影响爆破振动的主要因素,已成为岩体爆破理 论与应用研究的热点问题之一。目前,国内外相关 的专家与工程技术人员较多的采用相关分析、回归 分析以及显著性检验等方法来确定各因素对爆破结 果的影响程度‘1 。这些方法要求有大量数据,样本 值也需服从特定的概率分布。而爆破工程现场能收 万方数据 3 2爆破2 0 1 2 年3 月 集的爆破指标和影响因素的样本量有一定的限制, 离散性也较大。因此,用上述方法得出的结论可靠 性难以保证。 运用灰关联分析方法则可以取得较好的效果。 灰关联分析方法用较少的样本,便町较准确地判断 出影响爆破振动各因素的主次关系,从而为准确、有 效的控制爆破振动效应提供相应的理论依据。基于 此,在磁海铁矿现场爆破振动监测的基础上,运用 D P S 数据处理软件的灰关联系统对其爆破振动影响 因素展开分析。 1 灰关联法基本原理 灰关联法的基本思想是根据序列曲线几何形状 的相似程度来判断其联系是否紧密,曲线越接近,相 应序列之间的灰关联度就越大,反之就越小。简而 言之,灰关联分析法就是通过计算系统特征变量数 据序列与相关因素变量数据序列之间的灰关联度, 建立灰关联矩阵,利用优势分析原则,得出各影响因 素的顺序,以确定主要影响因素H ] 。 设灰色系统有几个灰因子数列,它们的长度为 m ,即 X 。 { X 。 1 ,X 。 2 ,⋯,x i m } X 2 { X 2 1 ,X 2 2 ,⋯,恐 m } ,1 、 \1 , X 。 { X 。 1 ,X 。 2 ,⋯,x 。 m } 若要以其中任意的一组数列置为母序列 参考 序列 分别计算序列X i ,i j ,相对于x 小 之间的关 联度、关联序和关联矩阵,计算步骤如下 1 进行原始数据变换 为了使各数列间具有统一的量纲,需要对数据进 行预处理。原始数据预处理有多种方式,主要包括 ①初值化变化 黜勰 2 ②均值化变换 艇1 后 攀 3 2 以曩“ k 为母线,计算对应时刻与各数列 的差值/t 。 k 。 △“ 后 x £’一灭譬’,k l ,2 ,⋯,n ,i ≠J 4 3 - 找出I △Ⅱ 后 I 的最小值△础。与最大值△一。 4 求置对各数列每个时刻的关联系数f k 。 ’鼠小 焘芳杀 5 式中,田E [ 0 ,1 ] ,一般可取0 .5 。 5 计算各数序列对x j 的关联度。‘ ∑‰ 后 ~ 旦t _ √ l ,2 ,⋯,m 6 ~2 ■■一√21 ,z ,⋯,m L o 2 爆破振动影响因素灰关联分析 2 .1 工程背景 新疆磁海铁矿矿区主要的岩性以辉绿岩、泥质 粉砂岩、矽卡岩、长英质片 角 岩为主,地质构造为 蓟县系平头山群和二叠系地层组成的背斜构造。虽 然现场爆破采用较为保守的逐孔微差电雷管起爆网 络,一般延迟时间设置为主控排为2 5m s ,边坡 6 5m s ,炸药类型为乳化和膨化硝铵炸药,炮孑L 直径 为9 0 ~l1 0m m ,孔深1 2 ~1 5m ,网孔参数为4m 2m ,排数4 5 排,炸药单耗为0 .1 2 0 .1 4k g /t ,采 用连续不耦合装药,但是生产过程中曾出现过因爆 破作业导致的边坡局部崩塌的现象。考虑随着磁海 铁矿改扩建工程的进行,明确爆破振动影响的主要 因素也可以为没计合理的靠帮控制破参数提供依 据。根据磁海铁矿的开采过程,从2 0 1 0 年7 月 ‘1 9 日_ 8 月1 0 日期间,利用U B O X 2 0 0 1 6 爆破振动仪 共进行了9 次有效的爆破振动测试,现选取其中有代 表性的9 组数据样本进行爆破振动影响因素的灰关 联分析。 2 .2 系统特征因素和相关因素变量的选择 综合国内外矿山边坡爆破振动测试方面的理论 研究成果,爆破振动速度的峰值、振动的主频以及振 动持续的时间对建 构 筑物的破坏起着重要的作 用。故根据磁海铁矿现场爆破采矿作业的具体情 况,将矢量叠加振动速度峰值、振动主频、振动持续 时间3 个因素作为系统特征变量 y f 。磁海铁矿露 采边坡爆破振动影响因素主要有总药量、最大单段 药量、单位药耗、测点与爆源高程差 以下简称高程 差 ,爆心距等,现将其定义为相关因素变量 置 。 此外,工程地质条件对爆破振动效应的影响也应受 到重视,现选择能够较好的反映岩体地质条件的 C S M R 值作为影响因素的分析样本”西J 。 2 .3 爆破振动影响因素的灰关联分析 以现场爆破参数、测振点C S M R 值以及磁海铁 矿爆破振动监测的结果为分析样本 如表1 所示 , 运用D P S 数据处理软件 D a t aP r o c e s s i n gS y s t e m 的 灰关联系统程序对爆破振动的影响因素进行分析, 计算出相应的灰关联矩阵 如表2 所示 。 从灰色关联度计算结果可以看出 万方数据 第2 9 卷第l 期代贞伟,罗学东,7 K 贝l J。等磁海铁曰1 露天开采爆破振动影响闪索分忻 3 3 表l磁海铁矿露采边坡爆破振动影响因素灰关联分析样本值 T a b l elT h eg r e yc o r r e l a t i o na n a l y s i ss a m p l e so fo p e ns l o p eb l a s t i n gv i b r a t i o ni n f l u e n c ef a c t o r si nC i h a im i n e 表2 爆破振动影响因素灰关联矩阵 T h eg r e yc o r r e l a t i o nm a t r i xo fb l a s t i n g v i b r a t i o n i n f l u e n c ef a c t o r s 关联矩阵 总药量最翥茎段高程差爆心距C 测S M 振R 点 矢量叠加振速0 .8 4 39 0 .7 8 160 .4 9 900 .7 2 980 .7 9 87 振动主频0 .6 7 72 0 .7 7 630 .4 2 370 .7 4 010 .6 5 58 持续时间0 .8 2 13 0 .7 5 0 40 .5 4 060 .7 7 210 .8 2 43 ∑ 2 .3 4 24 2 .3 0 831 .4 6 332 .2 4 202 .2 7 88 1 各冈素对矢量盛加振动速度的影响顺序 为总药鞋 测振点C S M R 值 最大单段药量 爆 心距 商程莠,其中总药量、测振点C S M R 值以及最 大单段药蛩起着主要作用,其关联度分别为 0 .8 4 39 、0 .7 9 87 和0 .7 8 16 。 2 各闪素对质点垂直方向振动主频影响顺序 为最大单段药蹙 爆心距 总药量 测振点 C S M R 值 高程差,其中最大单段药量影响作用最 大,而高程差相对的影响较小。 3 各囚素对爆破振动持续时问的影响顺序 为测振点C S M R 值 总药最 爆心距 最大单段 药量 高程差,其中测振点C S M R 值的相关度 0 .8 2 13 远大于其他影响因素,为持续时间的最主要 的影响冈素。 4 由于选取3 个爆破振动系统特征变量,无 法直观的确定最优冈素,敞考虑采用欠量叠加振动 速度、振动主频以及振动持续时间的关联度∑值评 价各因素对爆破振动影响的程度,其影响程度顺序 为总药链 最大单段药琏 测振点C S M R 值 爆 心距 高程差。即爆破作, l k x , J 边坡岩体稳定性影响 最大的冈素为总药量和最人单段药量,二者的灰关 联∑值分别为2 .4 3 24 和2 .3 0 83 ,影响次之的为测 振点C S M R 值,其关联度∑值为2 .2 7 88 ,由此可见, 地质条f t - 义d 爆破振动效俺的影 j 4 - 容忽视。 根据以往的爆破上程经验,总药链乖最人单段 药蜒对爆破振动效城的影响较大,本次灰色关联计 算的结果中,■者对爆破振动效应的影响均起着重 要的作『{ j ,基本能够验证栩关T .科经验。I 矧此,在今 后的爆破作、出中.盯J ‘通过控制采矿爆破作.、比总药量 和最大瞥段药砖,降低爆破振动对边坡7 体影响,保 护边坡岩体稳定。 ‘ 3 结语 通过以上应j } j 灰关联分析方法对磁海铁矿露天 边坡爆破振动影响因素进行分析计饼可以得到以下 结论 1 灰关联分析方法町以用较少的样本判断出 在一定的爆破作U p 条件下多种爆破振动影响肉素的 主次关系,能够为制定合理的控制爆破振动效应措 施提供科学依据.是一种简捷、有效的方法。 2 对单个的爆破特征变挺而言,较为简单直 观的町以分析出其起决定性作用的最优因素。但 是,当采甩多个爆破特征变最时,往往出现小同的爆 破特征变链所对应的最优因素不同的情况。考虑以 各爆破特征变避的关联度∑值确定爆破相关因素的 影响程度,可以得到较好的结果。 3 运用D P S 数据处理软件进行上述灰关联分 析,结果显示,对磁海铁矿露人边坡爆破振动效J 赶影 响较大的因素为总药量、最大单段药链和测振点 C S M R 值,由此可以制定相应的控制措施减少爆破 振动效应的影响。 下转第3 9 页 万方数据 第2 9 滏第l 期 钟福生,陈建宏,范文录破碎岩体内异形断面巷道掘进的光面爆破技术 3 9 [ 7 ] L U OY o n g ,S H E NZ h a o - w u .S t u d yons t e m m i n gl e n g t hi n h o l e c h a r g e db l a s t i n g [ J ] .G e o t e c h n i c a lE n g i n e e r i n gT e c h - n i q u e .2 0 0 6 ,2 0 1 2 5 - 2 8 . i nC h i n e s e [ 8 ]孟海利,施建俊.软弱层状岩体中光面爆破[ J ] .煤炭 工程,2 0 0 5 I 2 8 .3 0 . [ 8 ] M E M GH a i - l i 。S H IJ i a n - j u n .S m o o t hb l a s t i n gi ns o f ta n d w e a kl a y e rr o c kn l a s s [ J ] .C o a lE n g i n e e r i n g ,2 0 0 5 I 2 8 3 0 . i nC h i n e s e [ 多] 杨威.软岩隧道光面爆破技术[ J ] .城市道桥与防 洪,2 0 0 8 2 5 8 - 6 0 . [ 9 ] Y A N G W e i .S m o o t hb l a s t i n gt e c h n i q u e si nw e a kr o c k [ J ] . U r b a nR o a d sB r i d g e s F l o o dC o n t r o l 。2 0 0 8 2 5 8 - 6 0 . i nC h i n e s e [ 1 0 ] 负永锋。戴俊,吴德伦,等.破碎糟层中隧道爆破的 装药设计[ J ] .西安科技大学学报,2 0 1 i ,3 1 2 1 6 7 - 1 7 1 . [ 1 0 】 Y U NY o n g - f e n g ,D A IJ u n ,W UD e I n n .e ta 1 .E x p l o s i v e c h a r g ed e s i g nf o rt u n n e l - d r i v i n gb l a s t i n gi nb r o k e nr o c k s [ J ] .J o u r n a lo fX i ’叭U n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l 一 上接第3 3 页 4 由于C S M R 质量分级体系能够较好的反应 岩体强度、结构面性质以及地下水等复杂的综合地 质情况,故选择测振点的C S M R 值作为工程地质条 件的表征值,引入到对爆破振动效应影响因素的分 析中,定量化的分析了地质条件对爆破振动的影响 程度。 [ 1 ] [ 1 ] [ 2 ] [ 2 ] [ 3 ] 参考文献 R e f e r e n c e s 范孝锋.周传波,陈国平.爆破震动影响因素的灰关联 分析[ J ] .爆破,2 0 0 5 。2 2 2 1 0 0 1 0 5 . F A NX i a o f e n g 。Z H O UC h u a n b o ,C H E NG u o p i n g .T h e i n f l u e n t i Mf a c t o r so fb l a s t i n gv i b r a t i o nb yg r e yc o r r e l a t i o n a n a l y s i s [ J ] .B l a s t i n g ,2 0 0 5 ,2 2 2 i 0 0 - 1 0 5 . i nC k i - n e s e 史秀志,王怀勇,田建军,等.基于灰关联法的爆破振 动对民房破坏致因因素的敏感性分析[ J ] .爆破, 2 0 0 8 ,2 5 3 1 7 - 21 . S H IX i u z h i ,W A N GH u a i y o n g ,T I A NJ i a n - j u n ,e | a 1 . S e u s i t i 6 t ya n a l y s i so ff a c t o r sc a u s i n gd a m a g eo f 陀s i d e n t i a lh o u s e sb yb l a s t i n gv i b r a t i o nb a s e do ng r e ya s s o c i a t i o n a n a l y s i s [ J ] .B l a s t i n g ,2 0 0 8 ,2 5 3 1 7 - 2 1 . i nC h i n e s e 沈蔚。徐全军.黄文华,等.用灰关联分析法确定爆 [ 1 1 ] [ 1 2 ] [ 1 2 ] 【1 3 ] [ 1 3 ] o g y ,2 0 1 l ,3 1 2 1 6 7 1 7 1 . i nC h i n e s e 王孝荣.戴峪岭隧道Ⅱ级围岩光面爆破技术探讨 [ J ] .爆破,2 0 1l ,2 8 2 6 0 - 6 2 . 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