一种基于爆炸震源模型的露天矿山爆破块度预测方法技术

本发明专利技术属于工程爆破技术领域，公开了一种基于爆炸震源模型的露天矿山爆破块度预测方法，包括如下步骤：构建球装药爆炸震源模型，获取球对称条件下的波动方程；获取介质中质点位移的时间位置函数；建立基于球药包的球装药与基于药柱的柱装药之间的等效关系；获取台阶上各点来自各等效球药包的应变；获取各点所受的各方向的应力；获取各点的总和应力波的平均能量密度值；按照数值大小划分为若干能量密度等级；获取能量密度等级对应的块度；获取筛下累积率，并根据所有筛下累积率，构建块度分布曲线，即块度预测结果。本发明专利技术解决了现有技术存在的计算效率和精度低、灵活应用性较差、无法反应炸药对岩石损坏的物理过程的问题。反应炸药对岩石损坏的物理过程的问题。反应炸药对岩石损坏的物理过程的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于爆炸震源模型的露天矿山爆破块度预测方法


[0001]本专利技术属于工程爆破
，具体涉及一种基于爆炸震源模型的露天矿山爆破块度预测方法。

技术介绍

[0002]岩石爆破是水利水电工程、矿山、交通等领域中最基本的施工过程，伴随着岩石爆破开挖的进行，大量爆破碎石形成。岩石爆破块度是爆堆形态的微观组成，其大小是评价爆破效果的重要指标，影响着后续的铲装、运输、二次破碎、后续的选矿工艺生产及其经济效益，甚至涉及矿山工作人员的施工安全。因此，对爆破块度进行快速、准确的识别，并将爆破块度作为结果导向对爆破设计的参数进行优化，对露天矿山爆破开采的各个方面都有积极影响。
[0003]在工程实践中最广泛使用的爆破块度预测模型是Kuz
‑
Ram块度预测模型和Swebrec模型。这些传统模型依据矿山实践经验总结获得，属于经验性模型，但形式简单、参数单一，无法考虑装药结构、自由面等影响因素存在的复杂工程项目，实际工程应用中，存在较大误差，灵活应用性较差。随着近年人工智能技术的发展，各种基于神经网络、支持向量机等模型进行块度预测方法层出不穷，人工智能方法基于统计学理论，不涉及爆破物理力学过程，模型在“黑箱”里，且仅适用于已具有爆破数据丰富的矿山，对新开矿山或爆破数据较少的矿山预测误差较大。限制于计算资源，现有的有限元和离散元软件计算效率低，网格或颗粒的大小直接影响了爆破块度预测结果。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术存在的计算效率和精度低、灵活应用性较差、无法反应炸药对岩石损坏的物理过程的问题，本专利技术目的在于提供一种基于爆炸震源模型的露天矿山爆破块度预测方法。
[0005]本专利技术所采用的技术方案为：
[0006]一种基于爆炸震源模型的露天矿山爆破块度预测方法，包括如下步骤：
[0007]基于将基本球药包中心为原点的球坐标系，构建球装药爆炸震源模型，并根据球装药爆炸震源模型，得到球对称条件下的波动方程；
[0008]根据球装药爆炸震源模型中的各分区边界条件和初始条件求解波动方程，得到介质中质点位移的时间位置函数；
[0009]建立基于球药包的球装药与基于药柱的柱装药之间的等效关系，将柱装药情形的药柱等效为球装药情形的若干球药包；
[0010]基于质点位移的时间位置函数，根据爆破设计参数、球
‑
柱等效关系以及波的反射定律，得到台阶上各点来自各等效球药包的应变；
[0011]将台阶划分若干块体，以各块体的质心作为该块体的坐标点，并根据对应的应变，得到各点所受的各方向的应力；
[0012]根据各点所受的各方向的应力，得到由台阶所有点构成的网格中各点的总和应力波的平均能量密度值；
[0013]根据各点的总和应力波的平均能量密度值，按照数值大小划分为若干能量密度等级，并统计各区间内的空间点数；
[0014]根据能量密度等级、对应的空间点数以及产生单位新表面所需要能量，得到能量密度等级对应的块度；
[0015]根据每个块度及其体积，得到对应的筛下累积率，并根据所有筛下累积率，构建块度分布曲线，即块度预测结果。
[0016]进一步地，球对称条件下的波动方程的公式为：
[0017][0018]式中，u为位移；c为纵波波速；r为距离原点的径向距离；t为时间。
[0019]进一步地，质点位移的时间位置函数的公式为：
[0020][0021]式中，U(r',t)为t时刻距离爆炸震源r处的质点位移函数；ρ
soil
为密度；c为声速；b0为球形爆腔的半径；r'为爆炸震源中心距离目标点位的直线距离；P为爆压；κ、η均为中间参数；t为时刻指示量。
[0022]进一步地，各分区边界条件为：破碎区与裂隙区的分界面的压应力等于岩石的抗压强度，且根据连续性原则设置该分界面两端的应力相等，裂隙区和弹性区的分界面的拉应力等于岩石的抗拉强度，且根据连续性原则设置该分界面两端应力相等；
[0023]初始条件为：t＝0时刻的质点位移U(r',0)＝0。
[0024]进一步地，球装药与柱装药之间的等效关系为：体积等效关系，即将单位长度的柱装药的体积等效为单位长度球装药叠加的体积，等效公式为：
[0025][0026]式中，r1为原始柱半径；r2为等效球半径。
[0027]进一步地，各点所受的各方向的应力，包括球坐标系(r,θ,φ)三个方向的正应力和对应的切应力，总和应力波为直达波、反射纵波以及反射横波的应力分量之和；
[0028]来自直达波的应力分量的公式为：
[0029][0030]式中，σ
r,dp
为来自直达波的在r方向的正应力分量；r'为爆炸震源中心距离目标点位的直线距离；λ为拉梅第一常数；μ为拉梅第二常数；t
dp
是直达波传到目标点的时间；u0(t
dp
)为t
dp
时间的爆腔边界的质点位移；u
p
(r')为r'距离对应的质点位移；v0(t
dp
)为t
dp
时间的爆腔边界质点的的振动速度；C
L
为弹性纵波在岩体介质中传播速度；u
r
(r',t
dp
)为r方向在r'距离、τ
dp
时间对应的质点位移；
[0031][0032]式中，σ
θ,dp
、σ
φ,dp
分别为来自直达波的在θ、φ方向的正应力分量；
[0033]τ
rθ,dp
＝τ
θφ,dp
＝τ
rφ,dp
＝0
[0034]式中，τ
rθ,dp
、τ
θφ,dp
、τ
rφ,dp
分别为来自直达波的在r、θ、φ方向的切应力分量；
[0035]来自反射纵波的应力分量的公式为：
[0036][0037]式中，σ
r,rp
为来自反射纵波的在r方向的正应力分量；r'为爆炸震源中心距离目标点位的直线距离；λ为拉梅第一常数；μ为拉梅第二常数；i为关于自由面对称的虚拟爆源相关特征参数指示量；t
rp
为反射纵波传到目标点的时间；u0(t
rp
)为t
rp
时间的爆腔边界的质点位移；u
pi
(r'
i
)为r'
i
距离对应的质点位移；为t
rp
时间的爆腔边界质点的的振动速度；v
rp
(r'
i
,t
rp
)为r方向在r'
i
距离、τ
rp
时间对应的质点位移；C
L
为弹性纵波在岩体介质中传播速度；
[0038][0039]式中，σ
θ,rp
、σ
φ,rp
分别为来自反射纵波本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于爆炸震源模型的露天矿山爆破块度预测方法，其特征在于：包括如下步骤：基于将基本球药包中心为原点的球坐标系，构建球装药爆炸震源模型，并根据球装药爆炸震源模型，得到球对称条件下的波动方程；根据球装药爆炸震源模型中的各分区边界条件和初始条件求解波动方程，得到介质中质点位移的时间位置函数；建立基于球药包的球装药与基于药柱的柱装药之间的等效关系，将柱装药情形的药柱等效为球装药情形的若干球药包；基于质点位移的时间位置函数，根据爆破设计参数、球
‑
柱等效关系以及波的反射定律，得到台阶上各点来自各等效球药包的应变；将台阶划分若干块体，以各块体的质心作为该块体的坐标点，并根据对应的应变，得到各点所受的各方向的应力；根据各点所受的各方向的应力，得到由台阶所有点构成的网格中各点的总和应力波的平均能量密度值；根据各点的总和应力波的平均能量密度值，按照数值大小划分为若干能量密度等级，并统计各区间内的空间点数；根据能量密度等级、对应的空间点数以及产生单位新表面所需要能量，得到能量密度等级对应的块度；根据每个块度及其体积，得到对应的筛下累积率，并根据所有筛下累积率，构建块度分布曲线，即块度预测结果。2.根据权利要求1所述的基于爆炸震源模型的露天矿山爆破块度预测方法，其特征在于：所述的球对称条件下的波动方程的公式为：式中，u为位移；c为纵波波速；r为距离原点的径向距离；t为时间。3.根据权利要求2所述的基于爆炸震源模型的露天矿山爆破块度预测方法，其特征在于：所述的质点位移的时间位置函数的公式为：式中，u(r
′
，t)为t时刻距离爆炸震源r处的质点位移函数；ρ
soil
为密度；c为声速；b0为球形爆腔的半径；r
′
为爆炸震源中心距离目标点位的直线距离；P为爆压；κ、η均为中间参数；t为时刻指示量。4.根据权利要求3所述的基于爆炸震源模型的露天矿山爆破块度预测方法，其特征在于：所述的各分区边界条件为：破碎区与裂隙区的分界面的压应力等于岩石的抗压强度，且根据连续性原则设置该分界面两端的应力相等，裂隙区和弹性区的分界面的拉应力等于岩石的抗拉强度，且根据连续性原则设置该分界面两端应力相等；所述的初始条件为：t＝0时刻的质点位移u(r
′
，0)＝0。5.根据权利要求4所述的基于爆炸震源模型的露天矿山爆破块度预测方法，其特征在于：所述的球装药与柱装药之间的等效关系为：体积等效关系，即将单位长度的柱装药的体积等效为单位长度球装药叠加的体积，等效公式为：
式中，r1为原始柱半径；r2为等效球半径。6.根据权利要求5所述的基于爆炸震源模型的露天矿山爆破块度预测方法，其特征在于：所述的各点所受的各方向的应力，包括球坐标系(r，θ，φ)三个方向的正应力和对应的切应力，所述的总和应力波为直达波、反射纵波以及反射横波的应力分量之和；来自直达波的应力分量的公式为：式中，σ
r，dp
为来自直达波的在r方向的正应力分量；r
′
为爆炸震源中心距离目标点位的直线距离；λ为拉梅第一常数；μ为拉梅第二常数；t
dp
是直达波传到目标点的时间；u0(t
dp
)为t
dp
时间的爆腔边界的质点位移；u
p
(r
′
)为r
′
距离对应的质点位移；v0(t
dp
)为t
dp
时间的爆腔边界质点的的振动速度；C
L
为弹性纵波在岩体介质中传播速度；u
r
(r
′
，t
dp
)为r方向在r
′
距离、τ
dp
时间对应的质点位移；式中，σ
θ，dp
、σ
φ，dp
分别为来自直达波的在θ、φ方向的正应力分量；τ
rθ，dp
＝τ
θφ，dp
＝τ
rφ，dp
＝0式中，τ
rθ，dp
、τ
θφ，dp
、τ
rφ，dp
分别为来自直达波的在r、θ、φ方向的切应力分量；来自反射纵波的应力分量的公式为：式中，σ
r，rp
为来自反射纵波的在r方向的正应力分量；r
′
为爆炸震源中心距离目标点位的直线距离；λ为拉梅第一常数；μ为拉梅第二常数；i为关...

【专利技术属性】
技术研发人员：余德运，谢烽，杨威，莫乃笛，冯凯，周文涛，杜军，赵文龙，厉美杰，李小龙，
申请(专利权)人：北方爆破科技有限公司，
类型：发明
国别省市：