一种测量露天矿山爆区下方台阶岩体声速的方法
【专利摘要】本发明公开了一种测量露天矿山爆区下方台阶岩体声速的方法，所述方法利用上一台阶爆区的先爆炮孔作为震源，并在该爆区的下一台阶水平爆区的台阶坡面中下部布置测振仪器，获取测振仪器对应测振点的围岩振动信号，某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测振点的相对时间差，即为下一台阶岩体的声速。本发明方法可以通过爆破施工炮孔装药爆破获得下一台阶水平爆区的破裂岩体声速，从而方便快捷地获得炸药与岩石的匹配关系，指导精细爆破设计与施工。
【专利说明】
一种测量露天矿山爆区下方台阶岩体声速的方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种声速的测量方法，尤其是一种测量露天矿山爆区下方台阶岩体声速的方法，属于工程爆破和露天矿山开采技术领域。
【背景技术】
[0002]露天矿山正常生产过程中，一般以台阶的形式从上至下开采，不断向矿山边界和深部推进。通常情况下，炸药的波阻抗与岩石的波阻抗相匹配时，炸药传递给岩石的能量最多，在岩石中引起的应变值最大，可获得较好的爆破效果。为了获得炸药与岩石波阻抗的匹配情况，需要分别测量炸药密度、炸药爆速、岩石密度和岩石声速四个物理量。
[0003]—般情况下，岩石声速通过声速测试仪测得，其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，获得该打磨岩样的声速。该测试方法的测试样本是一块完整的岩石，用岩块的声速表征岩体的声速。事实上，岩石的声速和破裂程度有关，破裂越严重，声速越低。因此，在研究炸药与岩石波阻抗匹配的时候，对比工程实际情况，需要测量的有一定破裂度的岩体声速，才能更好地指导爆破设计与施工。
[0004]现场利用炸药爆炸作为震源测量岩石声速，所测结果是破裂岩体的声速，更加贴近工程实际。矿山开采过程中，往往不希望测试工作影响现场作业，不希望增加额外钻孔及爆破工作，同时考虑到矿山由上自下逐台阶开采的特性，希望利用正常爆区的爆破测得下一台阶岩体的声速，以便知悉下一台阶岩石的性质，从而优化爆破设计，促进炸药与岩石的波阻抗匹配，减低炸药单耗，提高爆破效果，最终实现精细化爆破。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种测量露天矿山爆区下方台阶岩体声速的方法，该方法可以通过爆破施工炮孔装药爆破获得下一台阶水平爆区的破裂岩体声速，从而方便快捷地获得炸药与岩石的匹配关系，指导精细爆破设计与施工。
[0006]本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到:
[0007]—种测量露天矿山爆区下方台阶岩体声速的方法，所述方法利用上一台阶爆区的先爆炮孔作为震源，并在该爆区的下一台阶水平爆区的台阶坡面中下部布置测振仪器，获取测振仪器对应测振点的围岩振动信号，某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测振点的相对时间差，即为下一台阶岩体的声速。
[0008]作为一种优选方案，所述方法包括以下步骤:
[0009]I)选定爆破施工中某一爆区的先爆炮孔作为测试炮孔，该爆区作为上一台阶爆区；
[0010]2)测试炮孔采用炮孔底部起爆的方式，即起爆点在测试炮孔的底部，测量测试炮孔的深度以确定起爆位置；
[0011]3)在上一台阶爆区的下一台阶水平爆区的台阶坡面中下部的裸露原岩上布置基准测振点，该基准测振点位于测试炮孔的正前方，在基准测振点的左右两侧各布置一个测振点，三个测振点在同一高程，每个测振点都有一个测振仪器；
[0012]4)测量起爆点及三个测振点的三维坐标；
[0013]5)在测试炮孔的底部装起爆药包，接着进行装药、堵塞和联网；
[0014]6)将三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；
[0015]7)按照爆破安全规程要求，进行爆破警戒，再下达起爆命令；
[00? 6] 8)起爆后，根据起爆点及三个测振点的三维坐标，计算起爆点到三个测振点的距离，分别计算左测振点与基准测振点距离起爆点的距离差以及右测振点与基准测振点距离起爆点的距离差;分别从同步信号采集器中读取围岩振动信号到达各个测振点的时间，计算振动信号到达左测振点与到达基准测振点的时间差以及振动信号到达右测振点与到达基准测振点的时间差;下一台阶中，左测振点与基准测振点距离起爆点的距离差除以振动信号到达左测振点与基准测振点的时间差，即为基准测振点左侧爆区的岩体声速，右测振点与基准测振点距离起爆点的距离差除以振动信号到达右测振点与基准测振点的时间差，即为基准测振点右侧爆区的岩体声速。
[0017]作为一种优选方案，所述先爆炮孔位于上一台阶爆区的中部前排，上一台阶爆区采用“V”型起爆顺序。
[0018]作为一种优选方案，步骤4)中，所述测量起爆点及三个测振点的三维坐标，具体为:
[0019]起爆点的坐标间接测量获得，S卩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炮孔深度;三个测振点的坐标直接测量获得。
[0020]作为一种优选方案，步骤4)中，所述起爆点及三个测振点的三维坐标利用全站仪或GPS测量。
[0021]作为一种优选方案，步骤8)，具体为:
[0022]设起爆点为0，基准测振点为M，左测振点为L，右测振点为R，根据起爆点及三个测振点的三维坐标，计算起爆点到三个测振点的距离0M、0L和0R，分别计算左测振点与基准测振点距离起爆点的距离差A I左=OL-OM以及右测振点与基准测振点距离起爆点的距离差ΔI右=OR-OM;再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tM、tL和tR，计算振动信号到达左测振点与到达基准测振点的时间差A t左=tL-tM以及振动信号到达右测振点与到达基准测振点的时间差△ 1?= tR-tM ;最后计算爆区下方台阶岩体的声速，其中基准测振点左侧爆区的岩体声速&=(01^010/(仏-〖(《)，基准测振点右侧爆区的岩体声速(:右=(OR-OM)/(tR-tM)。
[0023]作为一种优选方案，所述测振仪器为振动传感器。
[0024]本发明相对于现有技术具有如下的有益效果:
[0025]1、本发明方法利用上一台阶爆区的先爆炮孔作为震源，并在该爆区的下一台阶水平爆区的坡面中下部布设振动传感器获取对应测振点围岩振动信号，某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的相对时间差获得相应区域岩体的声速，即下一台阶岩体的声速，该声速是实现炸药与岩石波阻抗匹配、高效利用炸药爆炸做功破碎岩体的重要指导参数。
[0026]2、本发明方法的起爆点位于上一台阶爆区的先爆炮孔底部，因炮孔超深，高程已经低于下一台阶的工作面，将测振点布置在上一台阶爆区的下一台阶水平爆区的台阶坡面中下部的裸露原岩上，且要求中间的基准测振点与先爆炮孔所确定的平面与台阶坡面正交，其两侧的测振点布置在基准测振点的同一高程水平上。
[0027]3、本发明方法在上一台阶爆区采用“V”起爆的起爆顺序，且先爆炮孔位于上一台阶爆区的中部前排，起爆药包位于先爆炮孔的底部，该炮孔作为下一台阶岩体声速测量的震源。
[0028]4、本发明方法可以现场测量爆区下一台阶具有一定破裂度的岩体声速，非经过打磨的完整岩块试样的声速，更贴近工程实际，能够更加准确地指导矿山爆破生产。
[0029]5、本发明方法的相关测试工作不影响现场施工作业，不增加额外钻孔及爆破工作量，实现了爆区下一台阶岩性的预报，从而指导下一台阶岩体爆破的方案设计。
[0030]6、本发明方法测试的岩体声速是施工组织上后续爆区的岩体声速，与施工顺序一致且信息反馈快，参数优化循环周期短，便于快速找到下一台阶爆区的最佳爆破参数。
[0031]7、本发明方法适用于露天矿山现场测量爆区下方台阶的岩体声速，用来研究下一台阶爆破施工时的炸药与岩石的波阻抗匹配关系，指导下一台阶爆破参数的优化设计，提高下一台阶爆破时炸药爆炸做功破碎特定岩体的能量综合利用率，从而提高爆破效率，降低爆破成本，实现精细化爆破施工。
【附图说明】
[0032]图1为本发明实施例1的测量露天矿山爆区下方台阶岩体声速的方法原理图。
[0033]图2为本发明实施例1的爆破工作面流水组织施工顺序图。
[0034]其中，1-炮孔，2-装药段，3-堵塞段，4-台阶坡面，5_同步彳目号米集器，6-台阶，7-爆区。
【具体实施方式】
[0035]下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0036]实施例1:
[0037]如图1所示，作为震源的炮孔I位于上一台阶爆区A-1的中部前排，是“V”型起爆顺序的先爆(首选起爆)炮孔，起爆点O位于装药段2的底部(即整个炮孔I的底部)，堵塞段3必须装填密实，避免“冲孔”，测振点布置在爆区下一台阶水平爆区的台阶坡面4中下部的裸露原岩上，且在同一高程水平上，其中中间的测振点为基准测振点M，其与炮孔I所确定的平面与台阶坡面4正交，即基准测振点M位于炮孔的正前方，其余测振点布置在基准测振点的两侦U，如左测振点L和右测振点R，每个测振点有一个测振仪器，测振点布置以后，统一测量炮孔I孔口位置和测振点位置的三维坐标和炮孔的深度，根据炮孔孔口坐标和炮孔深度推算出起爆点O的三维坐标。
[0038]测试过程中，测振点需要预先进行时间同步，采用同步信号采集器5记录数据测量振动信号的到达时间，起爆点O起爆以后，爆炸产生的应力波向周边围岩传播并衰减为振动波，振动信号首先到达基准测振点M，因为其传播路径OM最短;振动信号随后沿着OL和OR传至左测振点L和右测振点R。
[0039]现场测试以后，进行数据处理和分析，分别从同步信号采集器读取测振仪器开始记录数据至围岩振动信号达到基准测振点M、左测振点L和右测振点R的时间tM、tL和tR，再计算振动信号到达两个测振点与到达基准测振点的时间差Λ t左=tL-tM和Λ t右=tR - tM;根据起爆点O和测振点的三维坐标，计算振动信号的传播路径0M、0L和OR的长度，再计算左右两个测振点与基准测振点距离起爆点O的距离差ΛI左=OL-OM和Λ1右=OR-OM;最后计算爆区下方台阶岩体的声速，其中基准测振点M左侧的岩体声速&=(0L-0M)/(tL-tM)，基准测振点O右侧的岩体声速G&=(0R-0M)/(tR-tM)。
[0040]如图2所示，矿山生产组织时，以台阶6形式从上至下开采，从上到下分别为A台阶工作水平和B台阶工作水平，每个工作水平又划分为一个个爆区7组织生产;一般情况下，先进行A台阶水平的A-1爆区的钻爆，紧接着安排A-2或者B-1爆区的钻爆;B台阶水平的B-1钻爆后，紧接着安排B-2;如此类推;本发明测试的岩体声速是施工组织上后续爆区的岩体声速，其中岩体声速C左表征B-1爆区，岩体声速C右表征B-2爆区，与施工顺序一致，实现了下一台阶岩体参数的预报，数据信息反馈快，爆破参数优化循环周期短，便于快速找到最佳爆破参数。
[0041 ] 实施例2:
[0042]本实施例的测量露天矿山爆区下方台阶岩体声速的方法，可以利用上一台阶爆区的先爆炮孔作为震源，并在该爆区下一台阶水平爆区的台阶坡面中下部布置测振仪器，获取测振仪器对应测振点的围岩振动信号，两个测振点(其中一个为基准测振点)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，即为下一台阶岩体的声速，从而方便快捷地获得炸药与岩石的匹配关系，指导精细爆破设计与施工，其主要实施方式和步骤如下:
[0043]I)测试炮孔选定:选定爆破施工中某一爆区的先爆炮孔作为测试炮孔，该爆区作为上一台阶爆区，该测试炮孔内炸药的爆炸作为震源，先爆炮孔一般为位于上一台阶爆区中部的前排炮孔，上一台阶爆区采用“V”型起爆顺序，确保首先到达各个测振点的振动信号从爆区的先爆炮孔发出，避免后续起爆炮孔对测试信号的干扰或者误判震源位置；
[0044]2)测量炮孔深度:测试炮孔采用炮孔底部起爆的方式，即起爆点在测试炮孔的底部，测量测试炮孔的深度以确定起爆位置；
[0045]3)布置测振仪器:按照测试方案，在上一台阶爆区的下一台阶水平爆区的台阶坡面中下部的裸露原岩上布置基准测振点M，该基准测振点M位于测试炮孔的正前方，在基准测振点的左右两侧各布置一个测振点，左测振点为L，右测振点为R，三个测振点在同一高程，每个测振点都有一个测振仪器，该测振仪器为振动传感器；
[0046]4)起爆点及测振点坐标测量:利用全站仪或GPS测量起爆点及三个测振点的三维坐标，其中起爆点O的坐标间接测量获得，即起爆点O的方位坐标与炮孔孔口方位坐标相同，起爆点O的高程坐标为炮孔孔口高程减去炮孔深度;三个测振点0、L和R的坐标直接测量获得；
[0047]5)装药:按照测试方案和爆破设计，先在炮孔底部装起爆药包，接着进行装药、堵塞和联网；
[0048]6)同步信号采集器连接:将三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；
[0049]7)起爆:按照爆破安全规程要求，进行爆破警戒，再下达起爆命令，起爆后进行安全检查，确认无安全隐患后方可解除警戒；
[0050 ] 8)测试数据处理:起爆后，根据起爆点及三个测振点的三维坐标，计算起爆点到三个测振点的距离0M、0L和0R，分别计算左测振点与基准测振点距离起爆点的距离差Δ I左=OL-OM以及右测振点与基准测振点距离起爆点的距离差Δ I右=OR-OM;再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tM、tL和tR，计算振动信号到达左测振点与到达基准测振点的时间差A t左=tL-tM以及振动信号到达右测振点与到达基准测振点的时间差Δ t右=tR-tM;最后计算爆区下方台阶岩体的声速，其中基准测振点左侧爆区的岩体声速C左= (0L-0M)/(tL-tM)，基准测振点右侧爆区的岩体声速C右=(0R-0M)/(tR-tM)。
[0051]综上所述，本发明方法可以现场测量爆区下一台阶具有一定破裂度的岩体声速，非经过打磨的完整岩块试样的声速，更贴近工程实际，能够更加准确地指导矿山爆破生产，相关测试工作不影响现场施工作业，不增加额外钻孔及爆破工作量，实现了爆区下一台阶岩性的预报，从而指导下一台阶岩体爆破的方案设计。
[0052]以上所述，仅为本发明较佳的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种测量露天矿山爆区下方台阶岩体声速的方法，其特征在于:所述方法利用上一台阶爆区的先爆炮孔作为震源，并在该爆区的下一台阶水平爆区的台阶坡面中下部布置测振仪器，获取测振仪器对应测振点的围岩振动信号，某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测振点的相对时间差，即为下一台阶岩体的声速。2.根据权利要求1所述的一种测量露天矿山爆区下方台阶岩体声速的方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤: 1)选定爆破施工中某一爆区的先爆炮孔作为测试炮孔，该爆区作为上一台阶爆区； 2)测试炮孔采用炮孔底部起爆的方式，即起爆点在测试炮孔的底部，测量测试炮孔的深度以确定起爆位置； 3)在上一台阶爆区的下一台阶水平爆区的台阶坡面中下部的裸露原岩上布置基准测振点，该基准测振点位于测试炮孔的正前方，在基准测振点的左右两侧各布置一个测振点，三个测振点在同一高程，每个测振点都有一个测振仪器； 4)测量起爆点及三个测振点的三维坐标； 5)在测试炮孔的底部装起爆药包，接着进行装药、堵塞和联网； 6)将三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； 7)按照爆破安全规程要求，进行爆破警戒，再下达起爆命令； 8)起爆后，根据起爆点及三个测振点的三维坐标，计算起爆点到三个测振点的距离，分别计算左测振点与基准测振点距离起爆点的距离差以及右测振点与基准测振点距离起爆点的距离差;分别从同步信号采集器中读取围岩振动信号到达各个测振点的时间，计算振动信号到达左测振点与到达基准测振点的时间差以及振动信号到达右测振点与到达基准测振点的时间差;下一台阶中，左测振点与基准测振点距离起爆点的距离差除以振动信号到达左测振点与基准测振点的时间差，即为基准测振点左侧爆区的岩体声速，右测振点与基准测振点距离起爆点的距离差除以振动信号到达右测振点与基准测振点的时间差，即为基准测振点右侧爆区的岩体声速。3.根据权利要求1或2所述的一种测量露天矿山爆区下方台阶岩体声速的方法，其特征在于:所述先爆炮孔位于上一台阶爆区的中部前排，上一台阶爆区采用“V”型起爆顺序。4.根据权利要求2所述的一种测量露天矿山爆区下方台阶岩体声速的方法，其特征在于:步骤4)中，所述测量起爆点及三个测振点的三维坐标，具体为: 起爆点的坐标间接测量获得，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炮孔深度;三个测振点的坐标直接测量获得。5.根据权利要求4所述的一种测量露天矿山爆区下方台阶岩体声速的方法，其特征在于:步骤4)中，所述起爆点及三个测振点的三维坐标利用全站仪或GPS测量。6.根据权利要求2所述的一种测量露天矿山爆区下方台阶岩体声速的方法，其特征在于:步骤8)，具体为: 设起爆点为O，基准测振点为M，左测振点为L，右测振点为R，根据起爆点及三个测振点的三维坐标，计算起爆点到三个测振点的距离0M、0L和0R，分别计算左测振点与基准测振点距离起爆点的距离差Al左=OL-OM以及右测振点与基准测振点距离起爆点的距离差Al右=0R-0M;再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tM、tL和tR，计算振动信号到达左测振点与到达基准测振点的时间差At左=tL-tM以及振动信号到达右测振点与到达基准测振点的时间差At右=tR-tM ；最后计算爆区下方台阶岩体的声速，其中基准测振点左侧爆区的岩体声速C左=(OL-OM)/(tL-tM)，基准测振点右侧爆区的岩体声速C右=(OR-OM)/ (tR-tM)。7.根据权利要求1-2、4-6任一项所述的一种测量露天矿山爆区下方台阶岩体声速的方法，其特征在于:所述测振仪器为振动传感器。
【文档编号】G01H5/00GK105928601SQ201610265807
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月25日
【发明人】崔晓荣, 林谋金, 王佩佩, 罗伟涛, 王昌平
【申请人】宏大矿业有限公司