一种基于数值模拟的台阶爆破岩石块度预测方法技术

本发明专利技术提供了一种基于数值模拟的台阶爆破岩石块度预测方法，该分析方法包括以下步骤：S1，在爆破现场进行小药量试爆，布置测点进行爆破振动监测获得实测振动波形；S2，引入经验岩体物理力学参数作为初始值建立试爆场地有限元数值模型，得到数值计算爆破振动时程曲线；S3，计算现场测试与数值模型中相同点位爆破振动数据误差是否小于允许误差；S4，根据场地选取典型截面建立二维有限元模型。本发明专利技术能够考虑爆破场地工程地质条件、爆破参数等多种因素，相比现有预测方法具有更高的适用性与预测精度，尤其能在爆破施工前完成台阶爆破块度预测，降低施工风险。降低施工风险。降低施工风险。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数值模拟的台阶爆破岩石块度预测方法


[0001]本专利技术涉及露天台阶爆破
，具体涉及一种台阶爆破岩石块度预测方法，用于指导台阶控制爆破施工。

技术介绍

[0002]随着生产力的发展以及人民物质需求的日益增长，对矿产资源的需求量也不断增大。台阶爆破技术因具有施工简易、成本低等特点，是露天矿山生产施工的主要手段。但台阶爆破效果会受到布孔方式、工程地质条件等的影响，需要进行爆破效果评价来优化爆破工艺。岩石块度是台阶爆破效果评价的重要指标，合适的岩石块度可节约爆破成本，缩短装碴时间，精简施工流程。因此，实现台阶爆破岩石块度预测对台阶爆破优化、提高生产效率具有重要意义。
[0003]目前在工程实践中主要通过两种方法对台阶爆破岩石块度进行预测：一是已有的数学预测模型，例如Harries模型、BCM模型、Bond
‑
Ram模型等，这类模型是基于理论推导、考虑多种因素影响的半理论半经验模型，由于形式过于理想，在实际使用时往往有较大误差；二是通过机器学习方法建立经验模型，机器学习方法主要包括遗传算法、神经网络、SVM等，这类模型尽管提供了较高的精确度，但需要大量的测试样本对模型进行优化，无法用于工程前期可行性研究，同时对不同工程具有较低的适用性。由于以上方法中存在预测精度低、周期长、适用性低等缺陷，需要提出一种新型台阶爆破岩石块度预测方法，用于克服已有方法中的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是，针对现有技术中存在的上述问题，提出一种基于数值模拟的台阶爆破岩石块度预测方法。
[0005]为了实现本专利技术的上述目的，本专利技术提供了一种基于数值模拟的岩石爆破块度分析方法，该方法包括：数值模型计算和爆破块度计算两部分；
[0006]所述数值模型计算包括以下步骤：
[0007]S1，在预台阶爆破场地进行小药量试爆，根据场地条件布置爆破振动测试点位，各点位放置一台爆破振动测试仪获取振动数据；
[0008]S2，根据现场爆破参数与地质情况，通过有限元分析软件建立试爆场地爆破动力数值模型，引入一组经验岩体物理力学参数作为初始值；
[0009]将初始值带入数值模型中计算，得到数值计算爆破振动时程曲线；
[0010]S3，计算现场测试与数值模型中相同点位爆破振动数据误差，在本方法中误差需小于10％；
[0011]若现场测试与数值模型中相同点位爆破振动数据计算误差小于10％，则初始岩体物理力学参数适用于本场地；执行步骤S4；
[0012]否则，在初始值基础上进行逐级调整岩体物理力学参数，通过误差变化趋势判断
参数调整幅度，直至现场测试值与数值计算值误差小于10％；
[0013]S4，在三维模型中垂直于自由面方向选取n个截面，建立n个二维台阶爆破有限元模型F1、F2…
F
n
，n一般不小于3；
[0014]S5，通过在实体单元之间插入壳单元将S4中有限元模型离散化，在有限元数值软件中将壳单元转化为零厚度粘聚力单元，得到有限离散元模型M1、M2…
M
n
；
[0015]在有限离散元模型中输入S3中岩体物理力学参数、粘聚力单元材料参数以及炸药参数，提交求解器计算；
[0016]S6，查看数值计算结果，导出台阶爆破数值计算效果图；
[0017]所述爆破岩石块度计算包括以下步骤：
[0018]S7，导入AutoCAD中对效果图进行描边处理，制作台阶爆破后形态图；
[0019]S8，根据不同爆破块体体积大小获取爆破块度占比，绘制爆破块度分布曲线；
[0020]对有限离散元模型M1、M2…
M
n
重复上述操作，得到块度分布预测结果R1、R2…
R
n
，最终预测结果取n个模型结果平均数。
[0021]优选地，步骤S1中，所述试爆药量仅需足够引发场地振动，现场爆破振动测试点位不少于3个。
[0022]优选地，步骤S2中，所述爆破参数与地质情况包括孔网参数、装药参数、台阶几何尺寸等，所述岩体物理力学参数包括：密度、弹性模量、泊松比、屈服强度、切线模量、硬化系数。
[0023]优选地，步骤S3中，所述爆破振动数据误差指爆破振动速度峰值与主频误差。
[0024]优选地，步骤S5中，所述粘聚力单元材料参数包括：密度、切向刚度、法向刚度、临界法向和切向位移分量、Ⅰ型断裂能和Ⅱ型断裂能。
[0025]优选地，步骤S8中，所述最终预测结果指各爆破块度级配的平均值，计算方法为：
[0026][0027]其中R
i
为第i个模型块度分布结果，包括各级配比例，n为建立的有限离散元模型数量。
[0028]综上所述，采用上述技术方案，本专利技术的有益效果在于：
[0029]1、本专利技术能够考虑爆破场地工程地质条件、爆破参数等多种因素，相比现有预测方法具有更高的适用性与预测精度，尤其能在爆破施工前完成台阶爆破块度预测，降低施工风险。
[0030]2、本专利技术提出的台阶爆破块度方法计算结果直观，计算方法简便、快速、灵活，能处理各种地质条件下台阶爆破问题，具有工程应用价值。
附图说明
[0031]图1是本专利技术一种基于数值模拟的台阶爆破岩石块度预测方法流程图；
[0032]图2是本专利技术现场试爆振动测试图；
[0033]图3是本专利技术建立的现场试爆数值模型；
[0034]图4是本专利技术建立的二维有限元模型；
[0035]图5是本专利技术建立的二维有限离散元模型；
[0036]图6是本专利技术台阶爆破效果图；
[0037]图7是本专利技术台阶爆破块度分布图；
[0038]图中：E
‑
试爆爆源、C1‑
试爆监测点1、C2‑
试爆监测点2、C3‑
试爆监测点3、1
‑
岩体、2
‑
炸药、3
‑
炮泥、4
‑
实体单元、5
‑
粘聚力单元。
具体实施方式
[0039]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地描述。
[0040]本专利技术提供了一种基于数值模拟的台阶爆破块度预测方法，具体实施流程参考图1；
[0041]本专利技术方法实施包括两个部分：数值模型计算和爆破块度计算；
[0042]数值模型计算包括以下步骤：
[0043]S1，在预台阶爆破场地进行小药量试爆，根据场地条件布置爆破振动测试点位，各点位放置一台爆破振动测试仪获取振动数据，测试振动点位不少于3个，导出测点振动数据文本；
[0044]在本实施例中，布置3个测试点位，如图2所示。
[0045]S2，根据现场爆破参数与地质情况，通过有限元分析软件建立试爆场地爆破动力数值模型，如图3所示，引入一组经验岩体物理力学参数作为初始值；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数值模拟的台阶爆破岩石块度预测方法，其特征在于，包括数值模型计算与爆破块度计算；所述数值模型计算包括以下步骤：S1，在预台阶爆破场地进行小药量试爆，根据场地条件布置爆破振动测试点位，各点位放置一台爆破振动测试仪获取振动数据；S2，根据现场爆破参数与地质情况，通过有限元分析软件建立试爆场地爆破动力数值模型，引入一组经验岩体物理力学参数作为初始值；将初始值带入数值模型中计算，得到数值计算爆破振动时程曲线；S3，计算现场测试与数值模型中相同点位爆破振动数据误差，在本方法中误差需小于10％；若现场测试与数值模型中相同点位爆破振动数据计算误差小于10％，则初始岩体物理力学参数适用于本场地；执行步骤S4；否则，在初始值基础上进行逐级调整岩体物理力学参数，通过误差变化趋势判断参数调整幅度，直至现场测试值与数值计算值误差小于10％；S4，在三维模型中垂直于自由面方向选取n个截面，建立n个二维台阶爆破有限元模型F1、F2…
F
n
，n一般不小于3；S5，通过在实体单元之间插入壳单元将S4中有限元模型离散化，在有限元数值软件中将壳单元转化为零厚度粘聚力单元，得到有限离散元模型M1、M2…
M
n
；在有限离散元模型中输入S3中岩体物理力学参数、粘聚力单元材料参数以及炸药参数，提交求解器计算；S6，查看数值计算结果，导出台阶爆破数值计算效果图；所述爆破岩石块度计算包括以下步骤：S7，导入AutoCAD中对效果图进行描边处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：余东晓，谭铭，马良元，王金金，谢百勤，肖玲，
申请(专利权)人：武钢资源集团乌龙泉矿业有限公司，
类型：发明
国别省市：