露天矿山爆破振动信号分析与边坡稳定性数值模拟研究

发布时间：2016-12-19 21:23

  本文关键词：露天矿山爆破振动信号分析与边坡稳定性数值模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

《太原理工大学》 2013年

露天矿山爆破振动信号分析与边坡稳定性数值模拟研究

付晓强  

【摘要】：露天矿爆破振动危害及边坡稳定性历来是露天矿安全生产的关键技术,并一直是采矿工程和岩石力学等相关学科的基本研究领域。如何在保证矿山安全、高效生产的前提下,合理降低爆破振动效应,控制爆破振动危害,一直是国内外爆破领域科研技术人员面临的重大课题。 目前,对于露天矿山爆破振动效应的预防和控制问题,仍然是以爆破振动监测和数值模拟的方法为主。从大量的爆破工程采集得到的振动监测信号和分析结果可以得到：爆破振动信号与其他振动信号不同,属于典型的非平稳随机过程,具有自身的独特性,例如振动持续时间较短、突变很快和振动峰值衰减迅速等特点。随着爆破振动信号分析技术手段和分析仪器的不断发展,以及爆破工程技术人员对爆破振动信号认识的深化,提出了包括傅里叶变换、小波和小波包变换、HHT变换、反应谱分析等众多的爆破振动分析方法。由于爆破振动信号自身的复杂性,目前还没有一种能够全面反映爆破振动信号特征的综合分析方法。应用比较成熟的FFT(快速傅里叶变换)和STFT(短时傅里叶变换)分析方法,在爆破振动信号优势频率识别方面,具有不可替代的优势,但同时对于非平稳信号的处理,却突显出很多弊端,例如其不能将信号的频域和时域特征很好地结合。而另一种分析方法,小波和小波包变换和分析,弥补了傅里叶分析的缺陷,其不仅能够给出非平稳信号的时域特征,而且能够清晰表征信号的频域特征,具有良好的应用前景。再后来出现的HHT(希尔伯特变换)分析方法是一种全新的分析方法,通过对信号进行HHT变换,能够从时间-频率-能量的角度揭示爆破振动信号所包含的信息特征量,完善了爆破分析手段的多样化。反应谱分析方法是一种动力学响应的分析过程,通.过插值解析,可以分析得到爆破振动强度随频率和周期的变化趋势。随着计算机技术的发展和软件开发的进步,数值模拟方法已成为了研究和预测爆破振动效应最有效的手段,其对露天边坡等涉及到复杂本构模型的求解,提供了极大的可能。有限元分析方法的强大优势,必然会在爆破振动下边坡体的动态响应和稳定性研究方面,得到更加广泛的应用。 通过结合多种分析手段,本研究着重对灵石露天矿实际工程采集到的振动信号进行了分析，并采用先进的SLOPE/W软件，对边坡稳定性进行了数值模拟研究。通过分析得到了以下结论：(1).从频率方面,露天爆破振动信号随着爆心距加大,爆破振动主频率有往低频发展的趋势,而且在振动三向分量中,边坡的高程选择放大作用各不相同。(2)从爆破施工方面,通过小波分析方法,获取了微差雷管精确的延期时间间隔,并采用小波包分析,得到了爆破振动信号不同频率段三向能量衰减规律。(3).从爆破安全方面,通过HHT分析方法,验证了雷管早爆现象的事实。通过采用不同的谱分析,得到了能量随时-频等参量的分布状态。(4).从矿区建筑物的保护方面,采用反应谱分析方法,得到了随着阻尼比系数的增大,结构响应幅值降低的结论,并分析了边坡高度对反应谱的放大不仅体现在幅值上,而且也体现在对优势频率带的扩展方面。(5).从边坡稳定性方面,通过数值模拟研究,分析得到了边坡体不同部位的应力、应变状态,评价了边坡体的安全状态以及对边坡稳定的相关影响因素。 本文以灵石露天矿山爆破开采实际工程为背景,通过对现场采集到的爆破振动信号进行多角度,多层面的分析,揭示爆破振动信号所包含的特征信息。在对爆破振动信号分析的基础上,总结不同地形条件下,爆破振动信号的传播规律和衰减特性。为优化爆破参数、合理设计爆破网路、保证矿山安全生产、实现矿山效益最大化提供理论根据。最后对爆破振动激励下,边坡体的稳定性进行了重点研究分析,客观再现边坡体的动态响应过程和安全系数随时间的稳定性趋势,为露天矿山爆破开采安全保证体系的建立,提供一定的指导与理论参考。

【关键词】：
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TD235;TN911.6
【目录】：

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