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 - 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l i o n [ J ] ．B l a s t i n g ，2 0 0 9 ，2 6 2 3 5 - 3 7 ． i nC h i n e s e 刘丈波，程康。沈伟．等．空气间隔装药光面爆破 在公路隧道掘进中的应用lJ ] ．土工基础，2 0 0 9 ， 2 3 4 3 7 - 3 9 ． L I UW e n b o ，C H E N GK a n g ，S H E NW e i ．e ta 1 ．A p p l i c a - t i o no fa i r - d e c k e dc h a J l 驴a n ds m o o t hb l a s t i n gi nt h e 麟． c a v a t i o nf o re x p r e s s w a yt u n n e l [ J ] ．S o i lE n g i n e e r i n ga n d F o u n d a t i o n ，2 0 0 9 ，2 3 4 3 7 - 3 9 ． i nC h i n e s e 破震动参数的主要影响因素[ J ] ．工程爆破，2 0 0 0 ， 6 4 6 - 8 ． [ 3 】S H E NW e i 。X UQ u a n - j u n ，H U A N GW e n h u a ，e ta 1 ．D e t e r - m i n a t i o no fm a i ni n f l u e n c i n gf a c t o r so nb l a s t i n gv i b r a t i o n p a r a m e t e r sb yg r e yc o r r e l a t i o na n a l y s i s [ J ] ．E n g i n e e r i n g B l a s t i n g ，2 0 0 0 ，6 4 6 - 8 ． i nC h i n 咖 [ 4 ] 刘思峰．郭天榜，党耀国，等．灰色系统理论及其应用 [ M ] ．北京科学出版社，1 9 9 9 ． [ 4 ] L I US i f e n g ，G U OT i a n h n g ，D A N GY a o g n o ，e ta 1 ．G r e y s y s t e mt h e o r ya n di t sa p p l i c a t i o n s [ M ] ．B e i j i n g S c i e n c e P r e s s ，1 9 9 9 ． i nC h i n e s e [ 5 】黄成林，陈建平，罗学东，等．露天矿边坡爆破振动影 响因素的灰关联分析[ J ] ．爆破．2 0 1 0 ，2 7 2 9 6 - 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