深部大规模爆破振动信号分析与灾害控制研究

摘要

随着浅部资源的开采殆尽,深部资源已成为许多矿山开采的主体。本文以新城金矿深部V＃矿体大规模开采为背景,针对其大规模爆破衍生的灾害控制问题进行研究,取得了以下研究成果:
　　 (1)根据爆破振动信号持时短、突变快等的非平稳随机信号特征,以及小波包分析能根据信号特征自适应地选择相应频带和信号频谱匹配等特征,利用小波包理论研究了爆破振动信号能量不同频带的分布规律,探讨了不同爆破参数对其能量频带分布的影响;基于爆破振动的响应原理,获得了爆破振动的小波包折合能量,以此作为爆破振动破坏的评估标准。
　　 (2)爆破荷载会使振动信号产生能量突变,基于此提出一种利用信号的能量突变来识别盲炮的新方法。从能量信号突变角度出发,运用小波理论时-能密度法和模极大值法确定微差爆破的实际延迟时间,发现时-能密度法优于模极大值法;基于时-能密度法提出了一种新的盲炮识别方法。
　　 (3)基于爆破参数方面根据爆破振动信号能量不同频带的分布规律,分别从控制最大段药量和确定最佳微差延迟时间来主动控制大规模爆破的灾害。
　　 (4)利用FLAC3D软件分析了实测爆破动载下围岩在应力、位移和塑性变形等方面的变化规律,以及不同支护参数下爆破动载对巷道顶板位移变化的影响,以此优选支护方案维护采场顶板的稳定。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题来源、研究目的与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 微差间隔时间、盲炮识别研究现状

1.2.2 爆破振动危害机制及安全判据研究现状

1.2.3 爆破灾害控制技术研究现状

1.3 研究内容与方法

第二章 深部采场大规模爆破落矿技术研究

2.1 前言

2.2 全分段一次爆破落矿技术

2.3 逐孔起爆技术研究

2.3.1 逐孔起爆

2.3.2 逐孔起爆机理

2.3.3 逐孔起爆特点及效果

2.4 合理的微差起爆延期时间确定

2.4.1 高精度起爆器材应用

2.4.2 微差起爆网络设计

2.5 本章小结

第三章 爆破振动分析基础

3.1 前言

3.2 爆破震动效应

3.2.1 爆破振动表征参量

3.2.2 爆破振动波的产生与传播

3.2.3 爆破振动波的频谱特性

3.2.4 爆破振动波的幅值域特性

3.2.5 爆破振动波的时域特性

3.3 爆破振动测试与监测方案

3.3.1 爆破振动测试系统

3.3.2 爆破振动测试方案

3.4 爆破振动信号分析理论

3.4.1 小波分析理论

3.4.2 小波包分析理论

3.5 本章小结

第四章 爆破振动危害的小波包能量分析

4.1 结构体对爆破振动的响应分析

4.2 爆破振动信号不同频带能量分布分析

4.2.1 爆破振动信号不同频带能量表征

4.2.2 爆破振动信号不同频带能量计算

4.2.3 爆破振动信号不同频带能量分布

4.2.4 爆破参数对振动信号频带能量分布的影响分析

4.3 爆破振动信号折合能量判据

4.3.1 爆破振动信号折合能量

4.3.2 折合能量计算及结果分析

4.4 本章小结

第五章 基于小波变换的时-能密度法的盲炮识别研究

5.1 基于小波变换的时-能密度法

5.1.1 时-能密度分析法

5.1.3 小波函数的选取及小波变换尺度的确定

5.2 微差爆破延迟时间识别

5.2.1 爆破震动信号实测

5.2.2 模极大值法识别微差爆破间隔时间

5.2.3 时-能密度法识别微差爆破间隔时间

5.3 基于时-能密度法的盲炮识别研究

5.3.1 基于时-能密度法的盲炮识别原理

5.3.2 爆破振动测试

5.3.3 时能密度分析

5.3.4 结果分析与讨论

5.4 本章小结

第六章 爆破振动灾害控制技术研究

6.1 爆破振动控制方法

6.1.1 最大段药量控制

6.1.2 最佳微差延期时间确定

6.2 基于FLAC3D的采场围岩爆破动载分析

6.2.1 FLAC3D非线性动力分析的主要特征

6.2.2 数值计算模型

6.2.3 确定本构模型和岩体物理力学参数

6.2.4 设定边界和初始条件

6.2.5 爆破振动荷载的输入及阻尼的选取

6.2.6 FLAC 3D计算结果分析

6.3 围岩支护方案确定

6.4 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 全文主要结论

7.2 进一步工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的主要科研成果及所获奖励