一种同时测量多台阶水平岩体声速的方法技术

本发明专利技术公开了一种同时测量多台阶水平岩体声速的方法，所述方法利用测试炮孔底部的炸药爆炸作为震源，用设置在不同水平台阶坡面中下部的测振仪器，获取测振仪器对应测振点的围岩振动信号，根据两个相应测振点距离初始震源位置的距离差除以所获取振动信号到达测振点的相对时间差，计算出相应区域岩体的声速，从而实现多台阶水平岩体声速的同时测量。本发明专利技术方法适用于现场同时测量多台阶水平的岩体声速，推算探测岩体的破裂度，为边坡稳定性分析、边坡加固方案设计和边坡成型爆破设计提供依据，也可以用于露天矿山爆破工程或者沟堑开挖工程中，获得施工过程中炸药与岩石的波阻抗匹配情况，从而为优选炸药品种、设计炸药性能、调整装药参数提供依据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种声速的测量方法，尤其是一种同时测量多台阶水平岩体声速的方法，属于边坡工程的岩体整体性预测和沟堑开挖爆破、露天矿山开采爆破时的岩性预报等

技术介绍
边坡工程和矿山工程等大型土石方工程中，经常需要测量岩石的声速，通常用声波探测仪测试标准岩样的声速，或者用埋置于岩体内的药包爆炸作为震源测试振动波在周围岩体中的传播速度，即岩体声速，尽管两种方法均是常用的岩石声速测定方法，但其意义有较大区别。岩石的声速和其破裂程度有关，破裂越严重，声速越低。前者是通过声波的反射测试打磨岩样相对自由面的传输时间差，再用打磨岩样相对自由面的距离除以声波时差，所测声速是经打磨的完整岩样的声速，即整体岩块声速；后者测量的是实际工况下的有节理裂隙的岩体的声速，一般比前者小。岩石边坡的稳定性分析、边坡岩体加固、矿山台阶爆破施工等工程的研究对象均是有一定破裂程度的岩体，其与完整无裂隙的岩块有较大区别。在边坡工程中，通过超前探测不同台阶水平的岩体声速，将之与对应位置岩块试样的声速进行比较，用两者差值与岩块试样声速的比判别岩体的破裂程度，为边坡稳定分析、边坡加固设计、边坡预裂爆破或光面爆破设计提供依据；在露天矿山工程或者沟堑开挖工程中，也可以通过测试不同台阶水平的岩体声速，获得施工过程中炸药与岩石的波阻抗匹配情况，从而为优选炸药品种、设计炸药性能、调整装药参数提供依据，实现精细爆破和环保爆破。由此可见，高效地测量多台阶水平岩体的声速是边坡工程、矿山工程等工程的迫切需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种同时测量多台阶水平岩体声速的方法，该方法可以通过爆破施工炮孔或独立测试炮孔的底部装药爆炸作为震源，用设置在不同水平台阶坡面中下部的测振仪器，获取对应测振点的围岩振动信号，根据两个相应测振点距离初始震源位置的距离差除以获得振动信号的到达时间差计算出相应区域岩体的声速，实现多台阶水平岩体声速的同时测量。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：一种同时测量多台阶水平岩体声速的方法，所述方法利用测试炮孔底部的炸药爆炸作为震源，用设置在不同水平台阶坡面中下部的测振仪器，获取测振仪器对应测振点的围岩振动信号，根据两个相应测振点距离初始震源位置的距离差除以所获取振动信号到达测振点的相对时间差，计算出相应区域岩体的声速，从而实现多台阶水平岩体声速的同时测量。作为一种优选方案，所述方法包括以下步骤：1)若利用正常爆破施工的炮孔，选定爆区的先爆炮孔作为测试炮孔，否则，选择靠近边坡的位置钻一个炮孔，作为测试炮孔；2)测量测试炮孔的深度，确定起爆点的埋置深度；3)在本台阶水平的台阶坡面上布置基准测振点，在下一台阶水平的台阶坡面上布置基准测振点，在下下一台阶水平的台阶坡面上布置基准测振点……依次类推，各个基准测振点均位于经过测试炮孔且垂直于台阶坡面的垂直面上，即各个基准测振点与测试炮孔共面；其中，各个基准测振点布置在台阶坡面中下部的裸露原岩上；4)在同一台阶水平的各个基准测振点的一侧或两侧布置其他测振点，其他测振点与基准测振点在同一高程，且布置在台阶坡面中下部的裸露原岩上，每个测振点都有一个测振仪器；5)测量起爆点及各个测振点的三维坐标；6)对测试炮孔进行装药；7)将各个测振仪器与同步信号采集器连接，并启动同步信号采集器，进入待测状态；8)按照爆破安全规程要求，进行爆破警戒，再下达起爆命令；9)起爆后，根据起爆点及各个测振点的三维坐标，计算围岩振动信号的传播路径；分别从同步信号采集器中读取振动信号到达各个测振点的时间；10)根据相关两个测振点距离初始震源位置的距离差除以所获取振动信号到达的时间差获得相应区域岩体的声速。作为一种优选方案，所述方法还包括：11)在边坡工程中，通过测量不同台阶水平的岩体声速，将测量的声速与对应位置岩块试样的声速进行比较，用两者差值与岩块试样声速的比判别岩体的破裂程度，为边坡稳定分析、边坡加固设计、边坡预裂爆破或光面爆破设计提供依据。作为一种优选方案，所述方法还包括：11)在露天矿山爆破工程或者沟堑开挖工程中，通过测量不同台阶水平的岩体声速，获得施工过程中炸药与岩石的波阻抗匹配情况，从而为优选炸药品种、设计炸药性能、调整装药参数提供依据。作为一种优选方案，步骤2)中，所述测试炮孔的深度大于或等于一个台阶高度。作为一种优选方案，步骤2)中，所述确定起爆点的埋置深度，具体为：当采用正常爆破施工的炮孔作为测试炮孔时，起爆点的埋置深度为该测试炮孔的深度；当选择靠近边坡的位置钻一个炮孔作为测试炮孔时，起爆点的埋置深度为测试炮孔的深度减去1/2装药段深度。作为一种优选方案，步骤5)中，所述测量起爆点及各个测振点的三维坐标，具体为：起爆点的三维坐标间接测量获得，即起爆点的方位坐标与炮孔孔口方位坐标相同，起爆点的高程坐标为炮孔孔口高程减去起爆点的埋置深度；各个测振点的三维坐标直接测量获得。作为一种优选方案，步骤5)中，所述起爆点及各个测振点的三维坐标利用全站仪或GPS测量。作为一种优选方案，所述测振仪器为振动传感器。本专利技术相对于现有技术具有如下的有益效果：1、本专利技术方法利用设置在不同水平台阶坡面中下部的测振仪器，获取测振仪器对应测振点的围岩振动信号，根据两个相应测振点距离初始震源位置的距离差除以所获取振动信号到达测振点的相对时间差，计算出相应区域岩体的声速，从而实现多台阶水平岩体声速的同时测量。2、本专利技术方法对同一个爆炸震源同时进行多个测振点的布设，合理组合使用两个测振点的数据，即用两个测振点距离初始震源位置的距离差除以获得振动信号的到达时间差，获得相应区域岩体的声速，如可以通过布置在测试炮孔同一台阶水平坡面上的两个测振点获得本台阶岩体的声速，通过布置在测试炮孔下一台阶水平坡面上的两个测振点获得下一台阶岩体的声速，通过同一竖直面上的位于下一台阶和下下台阶坡面上的两个基准测振点获得下下台阶岩体的声速。3、本专利技术方法将测振点布置在台阶坡面中下部的裸露原岩上，不需要进行矿山工作平台清理露出原岩后再布置测振点，也没有矿山工作面虚渣层对测量信号的干扰。4、本专利技术方法中，测振点布置要求在每一个台阶的坡面上设置基准测振点，各个基准测振点在同一平面上，该平面为过测试炮孔的台阶坡面的垂直面，其他测振点与
同一台阶水平的基准测振点的高程基本一致，有利于实验数据的处理和分析，确保计算获得的岩体声速与岩体区域划分匹配。5、本专利技术方法需要确保各个测振点与起爆位置的连线均为岩石，不得有悬空段，所以测试炮孔的深度以略大于或等于一个台阶高度为宜，起爆点位于炮孔底部较佳。6、本专利技术方法适用于现场同时测量多台阶水平的岩体声速，推算探测岩体的破裂度，为边坡稳定性分析、边坡加固方案设计和边坡成型爆破设计提供依据，也可以用于研究沟堑开挖爆破、露天矿山开采爆破时炸药与岩石的波阻抗匹配关系及不同性能参数的炸药爆炸后做功破碎特定岩体的能量综合利用率，从而优化爆破设计、提高爆破效率、降低爆破成本。附图说明图1为本专利技术实施例1的同时测量多台阶水平岩体声速的方法原理图。其中，1-炮孔，2-装药段，3-堵塞段，4-起爆装置，5-本台阶水平的台阶坡面，6-下一台阶水平的台阶坡面，7-下下台阶水平的台阶坡面，8-同步信号采集器。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同时测量多台阶水平岩体声速的方法，其特征在于：所述方法利用测试炮孔底部的炸药爆炸作为震源，用设置在不同水平台阶坡面中下部的测振仪器，获取测振仪器对应测振点的围岩振动信号，根据两个相应测振点距离初始震源位置的距离差除以所获取振动信号到达测振点的相对时间差，计算出相应区域岩体的声速，从而实现多台阶水平岩体声速的同时测量。

【技术特征摘要】
1.一种同时测量多台阶水平岩体声速的方法，其特征在于：所述方法利用测试炮孔底部的炸药爆炸作为震源，用设置在不同水平台阶坡面中下部的测振仪器，获取测振仪器对应测振点的围岩振动信号，根据两个相应测振点距离初始震源位置的距离差除以所获取振动信号到达测振点的相对时间差，计算出相应区域岩体的声速，从而实现多台阶水平岩体声速的同时测量。2.根据权利要求1所述的一种同时测量多台阶水平岩体声速的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：1)若利用正常爆破施工的炮孔，选定爆区的先爆炮孔作为测试炮孔，否则，选择靠近边坡的位置钻一个炮孔，作为测试炮孔；2)测量测试炮孔的深度，确定起爆点的埋置深度；3)在本台阶水平的台阶坡面上布置基准测振点，在下一台阶水平的台阶坡面上布置基准测振点，在下下一台阶水平的台阶坡面上布置基准测振点……依次类推，各个基准测振点均位于经过测试炮孔且垂直于台阶坡面的垂直面上，即各个基准测振点与测试炮孔共面；其中，各个基准测振点布置在台阶坡面中下部的裸露原岩上；4)在同一台阶水平的各个基准测振点的一侧或两侧布置其他测振点，其他测振点与基准测振点在同一高程，且布置在台阶坡面中下部的裸露原岩上，每个测振点都有一个测振仪器；5)测量起爆点及各个测振点的三维坐标；6)对测试炮孔进行装药；7)将各个测振仪器与同步信号采集器连接，并启动同步信号采集器，进入待测状态；8)按照爆破安全规程要求，进行爆破警戒，再下达起爆命令；9)起爆后，根据起爆点及各个测振点的三维坐标，计算围岩振动信号的传播路径；分别从同步信号采集器中读取振动信号到达各个测振点的时间；10)根据相关两个测振点距离初始震源位置的距离差除以所获取振动信号到达的时间差获得相应区域岩体的声速。3.根据权利要求2所述的一种同时测量多台阶水平岩体声速...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔晓荣，郑炳旭，李战军，宋锦泉，王尹军，吴春平，
申请(专利权)人：宏大矿业有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44