露天矿边坡爆破振动影响因素的灰关联分析.pdf

第2 7 卷第2 期 2 0 1 0 年6 月 爆破 B L A S T I N G v 0 1 ．2 7N o ．2 J u n ．2 0 1 0 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 0 ．0 2 ．0 2 6 露天矿边坡爆破振动影响因素的灰关联分析 黄成林1 ’2 ”，陈建平1 ’2 ，罗学东1 ”，肜增湘1 ’2 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 武汉 工程学院，武汉4 3 0 0 7 4 ； 3 ．宝钢集团新疆八一钢铁有限公司矿山管理部，乌鲁木齐8 3 0 0 2 2 摘要爆破振动对露天矿边坡稳定性影响是一个复杂的问题。论文以现场爆破振动监测为基础，采用灰 关联分析方法对蒙库铁矿爆破振动主要影响因素进行分析，得出炸药总量、单段最大药量和测震点的R M R 值是影响该矿爆破振动的主要因素，为有效控制爆破振动效应提供了依据。 关键词爆破振动；灰关联分析；露天矿边坡 中图分类号0 3 8 1文献标识码A文章编号1 0 0 1 - 4 8 7 X { 2 0 1 0 0 2 - 0 0 9 6 0 3 G r e yR e l a t i o n a lA n a l y s i so nI n f l u e n c eF a c t o r so f B l a s t i n gV i b r a t i o ni nO p e n - p i tS l o p e H U A N GC h e n g l i n l 2 ”，C H E NJ i a n - p i n 9 1 ”，L U OX u e ．d o n 9 1 ”，R O N GZ e n g - x i a n 9 1 ’2 1 ．E n g i n e e r i n gR e s e a c hC e n t e ro fR o c k S o i l E x c a v a t i o na n dP r o t e c t i o nM 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 ．F a c u l t yo 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 e i e n c e s ， W u h a n4 3 0 0 7 4 ，C h i n a ；3 ．D e p a r t m e n to fM i n eM a n a g e m e n t ，X i j i a n gB a y iI r o n S t e e lC oL t d ， B a o s t e e lG r o u pC o ，W u h m u q i8 3 0 0 2 2 ，C h i n a A b s t r a c t T h ei n f l u e n c eo fb l a s t i n gv i b r a t i o no nt h es a f e t yo fo p e n - p i ts l o p e si sac o m p l i c a t e dq u e s t i o n ．G r e yr e - l a t i o na n a l y s i sw a sa d o p t e dt oe v M u 砒et h em a i ni n f l u e n c ef a c t o r so fb l a s t i n gv i b r a t i o ni nM e n g k uI r o nM i n eb a s e do n i n s i t um o n i t o r i n g ．T h e n ，t h er e s u l t ss h o wt h a tg r o s so fe x p l o s i v e ，t h em 瓤c h a r g ep e rd e l a y ，R M Rv a l u e so fv i b r a t i o n m o n i t o r i n gp o i n t sa r et h em a i nf a c t o r si n f l u e n c i n gt h eb l a s t i n gv i b r a t i o n ．w h i c hC a l lb er e f e r r e dt ot oc o n t r o lt h eb i a s r i n gv i b r a t i o ne f f e c t ． K e yw o r d s b l a s t i n gv i b r a t i o n ；g r e yr e l a t i o n a la n a l y s i s ；o p e n ．p i ts l o p e O 引言 露天矿山边坡稳定是矿山安全生产的重要保 障，由于中深孑L 爆破作业在露天采场中占主要地位， 决定了爆破振动是边坡稳定性的主要影响因素之 一。因此，对露采矿山边坡爆破振动及其影响因素 的研究一直是一个备受关注的课题。 与其它爆破类似，露采矿山爆破振动效应影响 收稿日期2 0 0 9 1 2 3 1 作者简介黄成林 1 9 7 0 一 ，男．高级工程师、博士在读，主要从事采 矿工程方向的研究工作，E m a i l c a i 9 0 h u a n g 1 6 3 ．t o m 。 因素很多，在诸多因素中，既有与爆源相关的因素， 如炸药总量、单段药量、爆破孔网参数等，又有与传 播途径相关的因素，如爆源与测点间的距离以及爆 源与测点间的地形、地质条件等，它们的共同作用决 定了爆破受振处振动强度的大小⋯。在对这些影 响因素的研究中，许多学者和工程技术人员采用相 关分析、回归分析、显著性检验以及灰关联分析等方 法和手段来确定各因素对爆破结果的影响程度，取 得了一些有价值的研究成果【2 刮。 但是，爆破地震效应是个复杂的问题，随炸药和 工程对象的改变，影响因素对爆破振动强度的作用 万方数据 第2 7 卷第2 期黄成林，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 9 7 也会随之发生改变，它们之间的对应关系还没有相 对成熟的理论。从系统工程的观点来看，爆破地震 效应是一个部分信息已知、部分信息未知的灰色系 统，运用灰关联方法对其进行分析可以取得较好的 效果。灰关联分析方法的特点是用较少的样本，便 可较准确地判断影响爆破振动各因素的主次关系， 进而为生产实际中准确有效控制爆破振动提供理论 依据。基于此，在现场获取爆破振动监测数据的基 础上，运用灰关联理论对露采矿山边坡爆破振动影 响因素展开分析。同时，为定量考虑地质条件对爆 破振动的影响，在灰关联分析变量中引入岩体质量 分级指标 R M R 。 1 灰关联分析理论 灰色系统理论 G S T 或G S 的基本内容有【6 】 灰生成、灰关联分析、灰建模、灰控制、灰预测、灰评 估和灰数学等。对于信息部分明确、部分不明确的 灰色系统，可以采用灰关联分析来对其进行分析和 讨论，并用关联度来描述各种信息之间的关联顺序。 灰关联分析的基本理论 设灰色系统有r t 个灰因子数列，它们的长度为 m ，即 X 。 { x 。 1 ，X 。 2 ，⋯，石。 m } 置 { 恐 1 ，五 2 ，⋯，恐 m } ，1 、 ． ＼工， 五 { x 。 1 ，X 。 2 ，⋯，x 。 m } 若要以墨为母序列 参考序列 分别计算序列 X i ，i j ，相对于五 i 之间的关联度、关联序和关联 矩阵，计算步骤如下 1 进行数据预处理 可公度化或无因次化 为了使数列间具有可比性 可公度 ，需要对数 据进行无因次化处理。无因次化可有多种方式，主 要有 初值化生成 ∥㈣ k 黜 2 均值化生成 黜尼 警 3 A i 2 以墨”为母线，求对应时刻与各数列的差值 △i i k △d k x ￡’一x _ 5 I l ’，J j } 1 ，2 ，⋯，乃，i ≠．『 4 3 找出} △i k l 的最小值△。；。与最大值△一； 4 求五对各数列每个时刻的关联系数f F k f 们 后 五箍 5 式中，7 ／“0 ，1 ] ，一般可取0 ．5 。 5 计算各数序列对置的关联度。取等权的形 式有 ∑细 k k 生L 一√ l ，2 ，⋯，m 6 2 蒙库铁矿露采边坡爆破振动影响因 素灰关分析 蒙库铁矿是新疆地区最大的露天开采矿山，矿 区包括l ’、2 ’、6 。等矿体，其中1 4 矿为主要开采矿体。 由设计可知，l 。矿最终边坡高度在1 0 0 2 6 0I l l 之 间，边坡角度在5 0 。左右，生产过程中曾发生过因爆 破振动导致的边坡局部跨塌事件，爆破振动的影响 不可忽视。为分析诸因素对爆破振动的影响，采用 U B O X 2 0 0 1 6 数据采集系统采集的爆破振动峰值速 度作为母系列。 2 ．1 测点的现场布置 为保证合理有效完成现场数据采集，测点布置 应遵循以下原则 1 在受爆破振动影响较大的具有代表性的位 置布置测点，据此须在爆破后冲方向上布置测点完 成现场测试； 2 在不同地质地形条件下布置测点，以了解其 对地震效应的影响； 3 在爆破地震效应较大的范围测点布置加密； 4 为了解水平与垂直2 个方向上爆破振动影响 情况，同一监测点须布置水平和垂直方向的传感器。 遵循上述原则，测点布置位置见表1 。现场共 完成了4 次有效爆破振动测试。 表1 爆破振动监测位置 T a b l e 1M o n i t o r i n gP o s i t i o no fB l a s t i n gV i b r a t i o n 测试位置 测点布置位置／ 堋, 1 b 了g t ⋯⋯⋯一 ， 1 。矿北帮1 1 2 线不同高程、不同水平距离布置 6 个监测点 ． 1 。矿北帮1 1 4 线不同高程、不同水平距离布置 6 个监测点 ．1 。矿10 8 0 水平矿体不同水平距离布置4 个监 测点 4 1 ’矿南帮10 7 0 水平不同水平距离布置4 个监 测点 万方数据 爆破2 0 1 0 年6 月 2 ．2 爆破振动影响因素的灰关联分析 蒙库铁矿露采边坡振动影响因素主要包括炸药 总量、单段最大药量、距爆源水平距离、与爆源的高 差、振动持续时间等。此外，工程地质条件对爆破振 动的影响不容忽视，但工程地质评价中结构面、地下 水等条件难以用数值表述。由于岩体质量分级中的 R M R 分级法能反应岩体中地质条件情况，故在此次 爆破振动监测结果的分析中以蒙库铁矿前期工程地 质分区工作为依据，将各个测振点的R M R 值作为 替代工程地质条件的分析样本，成功地将难以定量 描述的地下水、结构面条件和岩体的物理力学性能 以量化值的形式引入到振动监测的结果分析中。 以现场收集的爆破参数、测振点R M R 值及蒙 库铁矿1 ’矿部分爆破振动监测结果为分析样本 如 表2 所示 ，运用在M a f l a b7 ．0 平台上编写的灰关联 程序对爆破振动影响因素进行分析。 表2 振动监测结果灰关联分析样本数据 T a b l e 2 S a m p l eD a t ao fV i b r a t i o nM o n i t o r i n gf o rG r e yR e l a t i o n a lA n a l y s B 注表中每行为1 个样本，每列为1 个变量，最后1 列为母序列。 分析中，以爆破振动速度为系统特征变量 即 母序列 ，其他参数为相关因素变量，根据灰关联分 析计算程序得出蒙库铁矿1 。矿爆破振动影响因素 的灰关联度为 灰关联度 [ 0 ．7 5 14 ；0 ．7 6 36 ；0 ．7 8 86 ； 0 ．7 8 14 ；0 ．6 4 29 ；0 ．3 2 31 ；0 ．7 4 36 ；0 ．7 7 52 ] 灰关联度中的数值自左至右分别对应分析样本 中自左至右的8 个因素变量 见表2 。由灰关联度 计算结果可知，蒙库铁矿1 。矿爆破作业时，对边坡 岩体质点振动速度影响最大的因素为炸药总量和单 段最大药量，二者的灰关联度分别为0 ．7 8 86 和 0 ．7 8 14 。因此，在该矿露天采场的爆破作业中，可 通过控制炸药总量和单段最大药量来控制爆破振动 对边坡稳定性的影响；影响次之的是爆破振动测试 位置的R M R 值，其灰关联度为0 ．7 7 52 ，可见地质条 件也是爆破振动影响不容忽视的因素之一。 3 结论 通过以上灰关联分析可以得到以下结论 1 灰关联分析能用较少的样本量分析出不同 爆破条件下爆破振动各影响因素的主次关系，为控 制爆破振动提供依据，是一种较理想的分析手段； 2 通过灰关联分析可以看出，对蒙库铁矿爆破 振动影响较大的因素为炸药总量、单段最大药量和 测震点的R M R 值，可为该矿爆破方案的制定提供 参考； 3 将测震点岩体的R M R 值引入到对爆破振动 影响因素的分析中，实现了地质条件对爆破振动影 响的定量化分析。 参考文献 [ 1 ]霍永基．建筑结构爆破震动效应及安全分析研究[ J ] ． 爆破，2 0 0 3 ，2 0 1 1 - 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