一种基于爆炸震源模型的爆破振动预测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于爆炸震源模型的爆破振动预测方法，基于球装药爆炸震源模型获得球坐标下距离不同爆心不同位置处的振动波形，柱装药等效为多个球药包的叠加，根据振动波叠加原理将多个等效球药包在空间质点产生的振动波叠加，以期获得柱装药条件下空间质点的振动波形，考虑到自由面的存在，根据波反射定律可将反射波看作由虚拟爆源产生的入射波，将真实爆源的入射波与该真实爆源对应的虚拟爆源产生的入射波根据振动波叠加原理，能够得到目标质点的完整振动波形，并且基于该波形能够获得峰值振动速度、频率和频宽等波形参数。频率和频宽等波形参数。频率和频宽等波形参数。

【技术实现步骤摘要】
一种基于爆炸震源模型的爆破振动预测方法


[0001]本专利技术属于爆破领域，具体涉及一种基于爆炸震源模型的爆破振动预测方法。

技术介绍

[0002]炸药爆炸时，人类利用其化学能转变成机械功完成一些人工或机械不能或难以完成的工作，工程爆破是利用炸药做功能力的典型案例。但是在岩石中炸药爆炸做功的同时还会产生爆破振动、空气冲击波、噪音、个别飞石和毒气等有害效应，这些有害效应目前难以避免。爆破有害效应中爆破振动影响范围较广且危害较大，爆破振动会给矿山周围边坡造成滑坡危险，在井巷工程中会造成冒顶，对周围建筑物造成破裂和塌落危害，在城市拆除爆破中危害周边居民楼、城市管网的安全。如果预防和控制不当可能造成巨大的财产损失和人员伤亡，不仅导致工程爆破失败，还会产生不可预计的法律责任。因此，对爆破振动进行有效地预测，并将爆破振动预测数据作为结果导向对爆破设计参数进行优化，达到控制爆破振动在安全范围、降低爆破振动带来的负面影响、提高爆破工程经济效益的目的。
[0003]工程实践中，广泛采用萨道夫斯基公式对爆破振动进行预测，萨道夫斯基公式可以获得爆区不同质点的峰值振动速度，其基本形式为指数衰减，相关系数和衰减指数与爆破条件、地质地形条件有关，同时是同一时刻起爆炸药量和距离的函数。萨道夫斯基公式依据实践经验总结获得，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，要想获得可信的相关系数和衰减指数需进行多次现场爆破和振动测试，采用回归分析的方法得到，且存在较大误差，灵活应用性较差。随着近年人工智能技术的发展，使用神经网络和机器学习方法进行振动预测层出不穷，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，现有的有限元软件计算效率低，应用到含大量爆破作业的工程实践困难重重。因此需要一种计算效率高、精度良好、物理力学过程透明、精细化质点振动过程的一种爆破振动预测方法。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种基于爆炸震源模型的爆破振动预测方法解决了现有技术存在的问题。
[0005]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于爆炸震源模型的爆破振动预测方法，包括：
[0006]获取岩性参数以及炸药参数，所述岩性参数以及炸药参数为预先存储的数据或者通过人机交互输入的数据；
[0007]根据所述岩性参数以及炸药参数，构建爆炸震源模型，所述爆炸震源模型用于表征距离爆源任意目标点出的振动速度
‑
时间的波形；
[0008]获取爆破设计参数，并根据爆破涉及参数构建笛卡尔坐标系，得到在笛卡尔坐标
系中的柱装药、自由面以及柱装药对应的几何条件；
[0009]根据柱装药以及柱装药对应的几何条件，将柱装药等效为若干球装药，获取球装药对应的几何条件；
[0010]在笛卡尔坐标系中确定目标点，并根据爆破设计参数、球装药对应的几何条件以及爆炸震源模型确定球装药对目标点产生的振动数据；
[0011]将自由面等效为虚拟爆源，并根据球装药对应的几何条件以及爆炸震源模型，获取虚拟爆源对目标点产生的振动数据；
[0012]根据球装药对目标点产生的振动数据以及虚拟爆源对目标点产生的振动数据，获取目标点的振动数据。
[0013]进一步地，所述岩性参数包括介质的密度、泊松比以及纵波波速。
[0014]进一步地，所述炸药参数包括炸药的爆轰速度和密度。
[0015]进一步地，根据所述岩性参数以及炸药参数，构建爆炸震源模型为：
[0016][0017][0018][0019][0020]其中，U(r,t)表示距离爆源中心直线距离为r的目标点在时间t时的振动数据，e表示自然常数，η表示第一中间参数，τ表示第二中间参数，ρ
soil
表示介质的密度，c表示纵波波速，b0表示球形爆腔的半径，r表示爆源中心距离目标点位的直线距离，κ表示第三中间参数，P表示爆炸压力，σ表示岩体泊松比，γ表示爆生气体常数，t表示时间；
[0021]所述爆炸压力P用于表征炸药爆轰速度VOD和炸药密度ρ
e
的函数，具体为：
[0022]P＝ρ
e
VOD2/8。
[0023]进一步地，所述爆破设计参数包括起爆点位置、起爆方式、炮孔间距、排距以及炮孔延迟时间。
[0024]进一步地，根据柱装药以及柱装药对应的几何条件，将柱装药等效为若干球装药，获取球装药对应的几何条件，包括：
[0025]获取柱装药的半径与球装药的半径关系为：
[0026][0027]其中，r1表示球装药的半径，r2表示柱装药的半径；
[0028]根据柱装药的几何条件以及半径关系，并采用体积等效原则，将柱装药等效为若干球装药，获取球装药对应的几何条件。
[0029]进一步地，，在笛卡尔坐标系中确定目标点，并根据爆破设计参数、球装药对应的几何条件以及爆炸震源模型确定球装药对目标点产生的振动数据，包括：
[0030]在笛卡尔坐标系中确定目标点，根据起爆点的位置，确定起爆点与目标点之间的第一直线距离r1；并根据球装药对应的几何条件，确定每个球装药与目标点之间的第二直线距离r2；所述球装药的几何条件用于表征球装药在笛卡尔坐标系中的位置；
[0031]根据爆点位置以及起爆方式，确定起爆时的球装药，得到目标球装药；
[0032]根据目标球装药以及炮孔延迟时间，确定每个柱装药中最先振动球装药以及起振时间，所述炮孔间延迟时间用于表征相邻两个柱装药之间的起振时间差；
[0033]根据球装药的几何条件，确定任意两个相邻球装药之间的距离，并根据任意两个球装药之间的距离以及炮轰速度，确定任意两个相邻球装药之间的延迟时间；
[0034]根据任意两个相邻球装药之间的延迟时间、每个柱状药中最先振动球装药、每个柱状药中最先振动球装药的起振时间以及任意两个相邻球装药之间的延迟时间，确定每个球装药的起振时间；
[0035]根据所述第一直线距离r1、第二直线距离r2、球装药的起振时间以及爆炸震源模型，确定每个球装药对目标点产生的振动数据。
[0036]进一步地，将自由面等效为虚拟爆源，并根据球装药对应的几何条件以及爆炸震源模型，获取虚拟爆源对目标点产生的振动数据，包括：
[0037]以自由面为基础，等效设置虚拟爆源，所述虚拟爆源与真实爆源关于自由面对称，且每个虚拟爆源对应起振时间与其对应的真实爆源相同，所述真实爆源用于表征球装药；
[0038]根据虚拟爆源对应球装药所对应的几何条件以及爆炸震源模型，获取虚拟爆源对目标点产生的振动数据。
[0039]进一步地，根据球装药对目标点产生的振动数据以及虚拟爆源对目标点产生的振动数据，获取目标点的振动数据，包括：
[0040]将球装药对目标点产生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于爆炸震源模型的爆破振动预测方法，其特征在于，包括：获取岩性参数以及炸药参数，所述岩性参数以及炸药参数为预先存储的数据或者通过人机交互输入的数据；根据所述岩性参数以及炸药参数，构建爆炸震源模型，所述爆炸震源模型用于表征距离爆源任意目标点出的振动速度
‑
时间的波形；获取爆破设计参数，并根据爆破涉及参数构建笛卡尔坐标系，得到在笛卡尔坐标系中的柱装药、自由面以及柱装药对应的几何条件；根据柱装药以及柱装药对应的几何条件，将柱装药等效为若干球装药，获取球装药对应的几何条件；在笛卡尔坐标系中确定目标点，并根据爆破设计参数、球装药对应的几何条件以及爆炸震源模型确定球装药对目标点产生的振动数据；将自由面等效为虚拟爆源，并根据球装药对应的几何条件以及爆炸震源模型，获取虚拟爆源对目标点产生的振动数据；根据球装药对目标点产生的振动数据以及虚拟爆源对目标点产生的振动数据，获取目标点的振动数据。2.根据权利要求1所述的基于爆炸震源模型的爆破振动预测方法，其特征在于，所述岩性参数包括介质的密度、泊松比以及纵波波速。3.根据权利要求2所述的基于爆炸震源模型的爆破振动预测方法，其特征在于，所述炸药参数包括炸药的爆轰速度和密度。4.根据权利要求3所述的基于爆炸震源模型的爆破振动预测方法，其特征在于，根据所述岩性参数以及炸药参数，构建爆炸震源模型为：述岩性参数以及炸药参数，构建爆炸震源模型为：述岩性参数以及炸药参数，构建爆炸震源模型为：述岩性参数以及炸药参数，构建爆炸震源模型为：其中，U(r,t)表示距离爆源中心直线距离为r的目标点在时间t时的振动数据，e表示自然常数，η表示第一中间参数，τ表示第二中间参数，ρ
soil
表示介质的密度，c表示纵波波速，b0表示球形爆腔的半径，r表示爆源中心距离目标点位的直线距离，κ表示第三中间参数，P表示爆炸压力，σ表示岩体泊松比，γ表示爆生气体常数，t表示时间；所述爆炸压力P用于表征炸药爆轰速度VOD和炸药密度ρ
e
的函数，具体为：P＝ρ
e
VOD2/8。5.根据权利要求4所述的基于爆炸震源模型的爆破振动预测方法，其特征在于，所述爆破设计参数包括起爆点位置、起爆方式、炮孔间距、排距以及炮孔延迟时间。
6.根据权利要求5所述的基于爆炸震源模型的爆破振动预测方法，其特征在于，根据柱装药以及柱装药对应的几何条件，将柱装药等效为若干球装药，获取球装药对应的几何条件，包括：获取柱装药的半径与球装药的半径关系为：其中，r1表示球装药的半径，r2表示柱装药的半径；根据柱装药的几何条件以及半径关系，并采用体积等效原则，将柱装药等效为若干球装药，获取球...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵强，杨恩，张东升，张昭，王浩南，花良奎，李军，范晓明，敖日格乐，黄甫，
申请(专利权)人：北方爆破科技有限公司，
类型：发明
国别省市：