亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        深井凍結(jié)黏土爆破振動傳播規(guī)律研究

        2022-04-29 05:47:14于建新高帥杰董保立
        煤炭科學(xué)技術(shù) 2022年3期
        關(guān)鍵詞:立井凍土黏土

        于建新,郭 敏,高帥杰,王 曉,董保立

        (1.河南理工大學(xué) 土木工程學(xué)院,河南 焦作 454000;2.河南迅達(dá)爆破有限公司,河南 焦作 454000)

        0 引 言

        借鑒立井凍結(jié)基巖爆破的成功經(jīng)驗,深部立井凍結(jié)黏土爆破施工在礦井建設(shè)中逐步使用。 凍結(jié)黏土爆破主要面臨2 個問題:①凍結(jié)黏土的密實堅硬程度不如巖石,導(dǎo)致土體爆破效率低。 ②凍土爆破裝藥量要合理的控制,防止造成凍結(jié)管和立井井壁的損傷。 關(guān)于凍土爆破的研究,早期主要研究青藏高寒區(qū)的凍土爆破,張俊兵等[1]依托青藏高原多年凍土區(qū)進(jìn)行了凍土爆破漏斗試驗,確定了高含冰量凍土的爆破參數(shù)。 隨著人工凍結(jié)法的應(yīng)用,宗琦等[2]最早提出一種寬孔距崩落技術(shù),該技術(shù)主要控制炮眼密集系數(shù)來提高爆破掘進(jìn)效率。 文獻(xiàn)[3-4]根據(jù)理論研究與現(xiàn)場試驗,總結(jié)了多年凍土和季節(jié)凍土的爆破方法。 李志敏等[5]探究了凍結(jié)砂土的爆破機(jī)理,將爆破作用區(qū)域劃分為空腔、擠壓區(qū)、破碎區(qū)、裂紋區(qū)和彈性振動區(qū),細(xì)化了凍結(jié)砂土爆破破壞形式。 李濤等[6]利用TDW-200 凍土三軸試驗機(jī)對飽和凍結(jié)灰砂巖進(jìn)行了試驗,獲得了不同圍巖條件下凍結(jié)灰砂巖彈性模量的演化規(guī)律。 張慧梅等[7]研究了凍融循環(huán)下巖石的物理力學(xué)性質(zhì),研究發(fā)現(xiàn):隨著凍融循環(huán)次數(shù)增多和圍壓增加,巖石破壞形式逐漸由脆性轉(zhuǎn)化為延性。 李棟偉等[8]通過構(gòu)建人工凍土BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)本構(gòu)模型,較好地模擬了凍土中復(fù)雜應(yīng)力路徑變形特征。 但對凍土中爆破應(yīng)力波的振動傳播規(guī)律及能量特征,沒有更深一步地進(jìn)行研究。 因此開展凍結(jié)黏土爆破振動監(jiān)測,研究凍結(jié)黏土中爆破應(yīng)力波的傳播規(guī)律和爆破能量分布,進(jìn)行爆破方案的合理優(yōu)化,對于立井凍結(jié)爆破施工具有重要意義。 隨著小波(包)分析在工程中的應(yīng)用,林大超等[9]研究發(fā)現(xiàn)小波分析不僅能給出爆破振動能量在不同頻率范圍內(nèi)的相對分布規(guī)律,還可以給出不同頻率帶上振動分量的分布和實際衰減規(guī)律,在工程中的應(yīng)用越發(fā)廣泛。 針對不同的工程進(jìn)行小波(包)能量分析,發(fā)現(xiàn)不同的爆破介質(zhì)能量的衰減規(guī)律是不同的。 例如在露天采礦場邊坡[10]、地 下 工 程 爆 破[11-12]、采 石 場[13]等 進(jìn) 行 小波(包)分析,得出的能量衰減規(guī)律呈現(xiàn)出差異性。而目前對凍結(jié)黏土單一介質(zhì)的爆破能量分析還鮮見研究,大多是針對砂土、巖石等類型的研究。 其中僅有單仁亮[14]等結(jié)合立井模型試驗,對凍結(jié)巖壁的能量衰減進(jìn)行了預(yù)測,與凍結(jié)黏土爆破較為接近。

        針對立井凍土單一介質(zhì)爆破振動傳播規(guī)律的研究較少,尤其是應(yīng)力波在凍結(jié)黏土中的傳播。 以趙固二礦西風(fēng)井凍結(jié)爆破掘進(jìn)為背景,在深690 m 處開展凍結(jié)黏土爆破試驗,分析爆破振動在凍土中的傳播規(guī)律,并結(jié)合小波(包)分析得到振動時能量分布特征,以期指導(dǎo)深井凍結(jié)黏土爆破的工程實踐,保證周圍凍結(jié)管和已澆筑井壁的安全。

        1 試驗方案

        根據(jù)爆破漏斗理論,在立井凍結(jié)黏土段設(shè)計單孔爆破漏斗試驗。 該土層凍結(jié)溫度-15 ℃,極限強度為8.16 MPa,黏聚力16.6~214.1 kPa。

        試驗炮孔孔徑設(shè)計為50 mm,采用水膠炸藥,藥卷長度320 mm,每孔半卷炸藥。 相鄰炮孔設(shè)計間距不小于1.8 m,炮孔深度按0.05 m 逐漸增大,最淺炮孔深度為0.35 m,最深炮孔深度為0.50 m,共布置了4 個炮孔(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)、5 臺振動傳感器。 炮孔編號1~4,傳感儀依次為A、B、C、D、E 具體布置如圖1所示。

        圖1 炮孔及傳感儀布置示意Fig.1 Schematic of holes and sensor arrangement

        2 振動測試及分析

        2.1 測試參量

        根據(jù)炸藥的爆破作用理論和大量的現(xiàn)場爆破表明,炸藥爆破產(chǎn)生沖擊波和地震波,二者引起的振動,是對周圍巖土體產(chǎn)生破壞作用的重要因素。 而振動速度的大小與其破壞程度是成正相關(guān)的,常把爆破振動速度作為當(dāng)前國內(nèi)外爆破振動效應(yīng)和爆破安全控制監(jiān)測的標(biāo)準(zhǔn)。

        結(jié)合目前國內(nèi)爆破振動標(biāo)準(zhǔn),本次試驗將垂直、水平徑向和水平切向3 個速度分量作為試驗參量。

        2.2 現(xiàn)場測點布置

        測試前,將爆破振動傳感器安裝在選定的測點位置,第1 個測點布置在距離爆破孔2.5 m 的位置,共布置了5 臺測振儀,每個測點相距125 cm,最后一個測點距離井壁內(nèi)緣1.8 m,儀器測點與爆點徑直方向為x,切向方向為y,垂直方向為z,現(xiàn)場布置如圖2 所示。

        圖2 傳感器的布置Fig.2 Arrangement of measuring sensors

        2.3 凍土爆破振動結(jié)果的計算與分析

        凍結(jié)黏土的松動爆破效果如圖3 所示。

        圖3 爆破效果Fig.3 Blasting effect

        4 個炮孔中,Ⅰ號炮孔爆破引起的振動速度最大,且振動具有規(guī)律性;Ⅱ號和Ⅳ號炮孔振動速度小,且振動速度無規(guī)律;Ⅲ號炮孔的垂直速度曲線跳躍較大,無規(guī)律性。 因此,把Ⅰ號炮孔作為典型爆源,對各測點的監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析,其中測距R利用余弦公式計算得出,三向振動速度取振動時程中的最大值,監(jiān)測結(jié)果見表1。

        表1 監(jiān)測數(shù)據(jù)Table 1 Monitoring data

        從表1 中看,各向振動速度呈現(xiàn)出差異,垂向方向振動速度>徑向方向振動速度>切向方向振動速度,說明了凍土爆破后應(yīng)力波的傳播主要是沿某個特定方向。 單仁亮[15]在對凍結(jié)巖壁的振速研究中,也得出巖體振動具有明顯方向差異性,說明了凍土和巖石爆破的振速傳播均具有方向的差異性。 對于爆破振動速度v,我國普遍使用薩道夫斯基經(jīng)驗公式[16]:

        式中:K為場地系數(shù);α為衰減系數(shù);Q為單段最大裝藥量,kg;R為測點與爆破位置距離,m。

        表2 K 和α 擬合結(jié)果Table 2 Fitting results of K and α

        圖4 各分量及合速度擬合曲線Fig.4 Fitting curves of each component and resultant velocity

        曲線擬合程度:徑向方向、切向方向、垂向方向以及合速度方向的決定系數(shù)R2分別為0.97、0.97、0.98 和0.98,相關(guān)性較好,其中徑方向相關(guān)性最好。 將擬合得到的K、α值代入薩道夫斯基公式,得到各分量及合速度的擬合公式如下:

        式中:vx為水平徑向的振動速度,cm/s;vy為水平切向的振動速度,cm/s;vz為垂直方向的振動速度,cm/s;vu為合速度,cm/s。

        由于傳感儀距離爆破點較近,且傳感儀是插入土體中的,爆破后垂直方向上受到的沖擊大,振動信號的采集出現(xiàn)了失真,導(dǎo)致擬合后的K、α過大。 但其他2 個方向上的擬合較為正常,可為凍土爆破振動傳播的衰減規(guī)律提供一定的借鑒。 《爆破安全規(guī)程》中對爆破頻率超過50 Hz 的巷道振動速度規(guī)定不能超過30 cm/s,將30 cm/s 作為振動速度控制值代入擬合公式,在一定藥量下可以計算出安全距離R,根據(jù)R的取值,合理布置凍結(jié)管和立井井壁的澆筑位置。

        3 凍土黏土振動信號的小波(包)分析

        3.1 小波(包)的分解尺度

        小波(包)分析是基于小波分析發(fā)展而來的,它能根據(jù)信號特性和分析要求自適應(yīng)的選擇相應(yīng)頻帶與信號頻譜相匹配,是比小波分解更為精細(xì)的一種分解方法[9]。 爆破振動信號進(jìn)行小波(包)分解時,最優(yōu)分解層數(shù)的確定依據(jù)信號分析的特征和振動記錄儀的最小工作頻率來確定[17]。 監(jiān)測采用儀器為TC4850 爆破測振儀,其最小工作頻率為5 Hz,由于爆破振動信號的頻率一般集中在200 Hz 范圍以內(nèi),根據(jù)采樣定律[18],設(shè)置信號的采樣頻率為16 kHz,其奈奎斯特頻率為8 kHz。 根據(jù)小波(包)分析的原理將信號分解到8 層,共有28個小波(包),則其對應(yīng)于的最低頻段為0~31.25 Hz。

        3.2 小波基的選擇

        小波基的選擇在爆破振動信號分析中是至關(guān)重要的,不同的小波基會導(dǎo)致分析結(jié)果千差萬別。Daubechies 小波系列具有良好的緊支撐性、光滑性以及對稱性[19]。 根據(jù)算法進(jìn)行matlab 編程,用db5~db10 的小波基對A測點的振動信號進(jìn)行8 層小波(包)分解與重構(gòu),得出重構(gòu)誤差見表3。

        表3 小波重構(gòu)誤差Table 3 Reconstruction errors of wavelet packet analysis

        從表3 可以看出,db6 小波基對應(yīng)的重構(gòu)誤差較小,因此選用db6 對振動信號進(jìn)行小波(包)分解。

        3.3 各頻帶能量的表征

        依據(jù)小波分析原理將振動信號分解至第8 層,設(shè)S8,j所對應(yīng)的能量為E′8,j,則有:

        式中:xj,k(j=0,1,2,…,2i-1;k=1,2,…,m) 為重構(gòu)信號S8,j的離散幅值。S8,j(t)為8 層第j個頻帶上的重構(gòu)信號;k為離散點的個數(shù);t為時間變量。

        設(shè)被分析振動信號的總能量為E′,則有:

        各頻帶能量的百分比為:

        其中:j=0,1,2,…,28-1。

        通過計算爆破振動信號經(jīng)小波分解后信號總能量和不同頻帶能量所占百分比,分析凍結(jié)黏土爆破振動信號在傳播過程中的能量分布。 并通過小波(包)的分解,獲得不同頻帶的能量及百分比。

        3.4 凍結(jié)黏土爆破應(yīng)力波能量的傳播

        3.4.1 凍結(jié)黏土爆破振動能量的衰減

        根據(jù)試驗得到的振動信號總能量,作出不同測點處的振動能量分布如圖5 所示,從圖5 中可以看出爆破作用下各點振動能量隨測點距離的變化。

        圖5 爆破總能量隨測點變化的曲線Fig.5 Total energy of blasting vibration signal changing with measuring point

        由圖5 可得,立井凍結(jié)黏土爆破振動信號與測點環(huán)境、爆破距離有關(guān)。 由于測點距離爆點僅3.0 ~7.43 m,炸藥爆破后能量首先沿凍土傳遞到A測點,然后隨著距離的增加,能量在凍土中逐漸耗散,傳遞到測點E時,能量已經(jīng)大幅降低。 總體曲線呈現(xiàn)出由A測點向E測點逐漸衰減的過程。 此外,從圖5 中3個方向上的總能量變化曲線中可以看出,距離爆點0~6.243 m 以內(nèi),3 個分量上的總能量呈現(xiàn)出E′z>E′x>E′y的規(guī)律,從另一個方面說明了立井凍結(jié)黏土爆破能量的傳播是從內(nèi)到外的徑向傳播。

        3.4.2 不同頻率的能量占比

        為分析不同方向上的凍結(jié)黏土能量占比分布,了解凍結(jié)黏土能量的擴(kuò)散規(guī)律,下面以A測點為例,選取0~500 Hz 頻率內(nèi)的能量,具體分析凍結(jié)黏土爆破3 個方向上的能量占比分布規(guī)律(圖6)。

        根據(jù)圖6 可以看出,能量處于0 ~187 Hz 時,能量占比急劇下降,當(dāng)能量在218 Hz 左右時,其占比又有所回升。 在218~250 Hz,凍土爆破振動能量發(fā)生了劇烈衰減,之后一直保持平穩(wěn)的衰減狀態(tài)。 可以得出:此次爆破振動信號能量的變化是在高頻段衰減快,但是波動很大,低頻段衰減慢,但是穩(wěn)定。在高頻段,能量先急劇下降,然后會頻繁波動,會有所回升,達(dá)到峰值,之后能量一直衰減。 從能量占比來看,凍結(jié)黏土爆破振動能量主要集中在0 ~250 Hz。 在低頻段切向分量能量占比較大,而在高頻段徑向分量能量占比較大。 張廣輝等[20]對循環(huán)加載下沖擊傾向性煤能量耗散進(jìn)行了研究,從能量的角度發(fā)現(xiàn):耗散能同樣呈現(xiàn)先迅速降低,后緩慢增長的趨勢。 依據(jù)式(8)將測點的能量占比進(jìn)行求解,做出各點在不同頻率的能量占比如圖7 所示。

        從圖7 中可以得出,徑向和切向的兩個分量的能量占比主要集中在250 Hz 以內(nèi)。 而各個測點的能量占比趨勢也是符合先逐漸減小,然后在125 Hz左右增加,在218 Hz 處達(dá)到頂點,然后呈波動逐漸衰減,向低頻段移動。 雖然個別測點存在能量波動較大的現(xiàn)象,與爆破現(xiàn)場不穩(wěn)定有關(guān)。 值得關(guān)注的是軸向的能量變化趨勢較于徑向和切向更為明顯,變化更大。 即下降比徑向和切向更快,突增也比徑向和切向更為明顯,在高頻段的頻率占比也較大,易引起共振現(xiàn)象。

        3.4.3 爆破振動能量的回歸分析

        爆破振動能量的衰減過程極其復(fù)雜,李洪濤等[21]將單段、多段爆破最大藥量與總藥量視為定值,推導(dǎo)出爆破振動能量衰減公式,該公式在應(yīng)用研究中,取得了積極的成果。 但由于藥量定值的限制,還存在一定誤差。 單仁亮等[14]利用量綱分析法推導(dǎo)出的公式,較好彌補了這個缺點。 參考單仁亮等[14]研究,將巖石爆破振動參數(shù)轉(zhuǎn)換為凍結(jié)黏土爆破參數(shù)進(jìn)行研究。 該公式將能量E′與等效藥量Q1、彈性模量E、密度ρ聯(lián)系起來,函數(shù)關(guān)系如下:

        式中:K1為與凍結(jié)黏土的密度、彈性模量有關(guān)的參數(shù);φ為相關(guān)系數(shù)。

        結(jié)合薩道夫斯基公式,將爆破振動能量衰減公式簡化為:

        根據(jù)式(8)編寫擬合函數(shù),利用Origin 軟件求解的總能量值,進(jìn)行數(shù)據(jù)的擬合。 以徑向為例,如圖8 所示,擬合回歸系數(shù)見表4。

        圖8 凍土爆破能量衰減回歸曲線Fig.8 Regression of blasting energy attenuation in frozen soil

        表4 中徑向、垂直方向上的擬合決定系數(shù)達(dá)到0.8 以上,切向的相關(guān)性較差,凍結(jié)黏土爆破引起凍土各方向上的能量隨距離的增加呈衰減趨勢。 垂向的K值較大,是因為垂向為炮孔自由面方向,爆破近區(qū)能量做功大,引起的振動也較大,由于能量快速釋放,爆破遠(yuǎn)區(qū)急劇下降。

        表4 能量衰減擬合系數(shù)Table 4 Fitting coefficient of energy attenuation

        4 結(jié) 論

        1)凍結(jié)黏土爆破各向振動速度存在一定差異,垂向振動速度>徑向振動速度>切向振動速度,凍土爆破后應(yīng)力波的傳播主要是沿某個特定方向。

        2)運用薩道夫斯基公式對單一凍結(jié)黏土介質(zhì)爆破振動速度進(jìn)行了擬合,獲得了凍結(jié)黏土爆破的薩氏擬合公式。

        3)深井凍結(jié)黏土爆破時,振動信號能量在高頻段波動較大但衰減快,低頻段相對平穩(wěn)且衰減緩慢。在高頻段,能量首先急劇下降,然后出現(xiàn)頻繁波動,達(dá)到峰值后一直衰減。 垂向的能量變化趨勢較于徑向和切向更為明顯,變化更大,下降速率徑向和切向更快,突增也比徑向和切向更為明顯。

        4)運用量綱分析法對凍結(jié)黏土爆破能量信號進(jìn)行回歸分析,得出了凍結(jié)黏土爆破各方向上的能量衰減規(guī)律。

        猜你喜歡
        立井凍土黏土
        葫蘆素煤礦主立井凍結(jié)單層井壁壁后注漿施工技術(shù)應(yīng)用
        不一般的黏土插畫
        司馬礦新回風(fēng)井帶風(fēng)網(wǎng)試運轉(zhuǎn)及通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整
        煤(2020年8期)2020-08-11 07:12:46
        北極凍土在求救
        凍土下的猛犸墳場
        黏土多肉植物
        報紙“黏土”等
        好孩子畫報(2018年1期)2018-04-14 02:04:16
        一起讀吧
        立井掩護(hù)式金屬骨架揭穿突出危險煤層
        26
        精品少妇爆乳无码aⅴ区| 日韩av高清在线观看| 东京道一本热中文字幕| 少妇人妻中文字幕在线| 国产精品高清视亚洲乱码| 人妻少妇无码精品视频区| 亚洲国产中文在线二区三区免| 亚洲AV无码中文AV日韩A| 亚洲熟女乱一区二区三区| 免费不卡在线观看av| 欧美裸体xxxx极品少妇| 亚洲精品国偷自产在线99正片| 正在播放淫亚洲| 美女一区二区三区在线视频| 99精品视频69v精品视频| 国产精品国产成人国产三级| 久久青草亚洲AV无码麻豆| 国产精品久久婷婷六月丁香| 亚洲国产精品国自产拍久久蜜av| 精品无码一区二区三区爱欲| 国产成人精品av| 亚洲国产精品综合久久20| 亚洲精品一区二区三区四区久久| 小辣椒福利视频导航| 日韩AV不卡六区七区| 日本高清不卡一区二区三区| 日本熟妇另类一区二区三区| 好看的欧美熟妇www在线| 亚洲AV无码成人精品区网页| 亚洲一区二区三区18| 色多多性虎精品无码av| a在线观看免费网站大全| 极品人妻少妇一区二区| 丝袜美腿亚洲第一免费 | 亚洲AV无码精品色欲av| 亚洲国产黄色在线观看| 天堂8在线新版官网| 女人夜夜春高潮爽a∨片| 亚洲国产精品成人久久av| 免费人成视网站在线剧情| 亚洲精品字幕|