利用孔內(nèi)落錘探測(cè)巖體等效彈性模量的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于露天礦開(kāi)采的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種利用孔內(nèi)落錘探測(cè)巖體等效彈性模量的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]爆破開(kāi)采是露天礦開(kāi)采的主要形式，爆破產(chǎn)生的強(qiáng)烈沖擊效應(yīng)將對(duì)爆區(qū)后方的巖體造成損傷破裂，進(jìn)而誘發(fā)滑坡、滾石等災(zāi)害的發(fā)生。巖體的等效彈性模量是反映其損傷破裂程度的有效指標(biāo)。現(xiàn)有的探測(cè)巖體等效彈性模量的方法，如鉆孔取芯法、爆破激震法等，一般需要的投入比較高，操作周期也較長(zhǎng)。
[0003]鉆孔取芯法是通過(guò)鉆孔獲取巖樣，再把巖樣制作成試件，通過(guò)試驗(yàn)設(shè)備測(cè)試試件的彈性模量。由于地層分布的復(fù)雜性，通過(guò)單個(gè)鉆孔獲取的巖芯，難以確切判斷一定區(qū)域巖體的綜合性質(zhì)。為了獲得一個(gè)區(qū)域巖體的等效損傷破裂特性，需要從多個(gè)鉆孔中獲取巖芯并測(cè)試各試件的彈性模量。因此該方法的成本較高、測(cè)試周期較長(zhǎng)。
[0004]爆破激震法是在鉆孔中埋入炸藥，爆炸使巖體中產(chǎn)生應(yīng)力波，同時(shí)監(jiān)測(cè)巖體的振動(dòng)。通過(guò)分析巖體的振動(dòng)信息，獲得巖體的等效彈性模量。該方法的測(cè)試成本較高，炸藥的獲取困難、運(yùn)輸過(guò)程繁雜，野外適應(yīng)性不強(qiáng)，且存在爆破安全和防護(hù)方面的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種利用孔內(nèi)落錘探測(cè)巖體等效彈性模量的方法。
[0006]本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明的利用孔內(nèi)落錘探測(cè)巖體等效彈性模量的方法，其特征在于:包括如下步驟:(I)在待測(cè)巖體中垂直打鉆形成落錘孔，落錘孔深度范圍為5m?20m，落錘孔直徑不小于90mmο
[0007](2)在落錘孔周?chē)刂鴱较颍诘孛嬷本€方向布置一組振動(dòng)速度傳感器或振動(dòng)加速度傳感器，此一組振動(dòng)速度傳感器或振動(dòng)加速度傳感器分別通過(guò)數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集儀相連接，形成一套完整的振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)；
(3)在鉆孔孔口放置懸繩架，將繩子的一端固定于懸繩架上，另一端與落錘相連接，并將落錘放置在位于鉆孔上端邊緣處；
(4)開(kāi)啟振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，使其處于采樣的狀態(tài)；
(5)放下落錘，使落錘沿著鉆孔中心自由下落到孔底，產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)；
(6)關(guān)閉振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)；
(7)利用數(shù)據(jù)分析儀，對(duì)地面各傳感器拾取到的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分離，提取出落錘擊打孔底的信號(hào)，根據(jù)波形圖拾取不同傳感器的起振時(shí)間；
(8)計(jì)算測(cè)試區(qū)域巖體的縱波波速，計(jì)算公式為，
為測(cè)試區(qū)域場(chǎng)地的平均波速，是鉆孔底部到第i個(gè)傳感器的距離，是鉆孔底部到第i+1個(gè)傳感器的距離，是第i個(gè)傳感器拾取到的振動(dòng)信號(hào)起振時(shí)間，是第i+Ι個(gè)傳感器拾取到的起振時(shí)間，Λ為傳感器的總數(shù)；
(9)計(jì)算測(cè)試區(qū)域巖體的等效彈性模量，計(jì)算公式為，表示巖體等效彈性模量，表示泊松比，，表不巖體的密度。
[0008]本發(fā)明所述的落錘是在鉆孔孔口設(shè)置懸繩架，其懸繩架由一組支桿和與此一組支桿上端相連接的頂環(huán)所組成，所述的頂環(huán)與一根繩索的一端部相連接，此繩索的另一端與一個(gè)落錘相連接。
[0009]本發(fā)明所述的一組振動(dòng)速度傳感器或振動(dòng)加速度傳感器的數(shù)量為4-8個(gè)，每相鄰傳感器之間的間距為5m?15m。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
本發(fā)明利用鉆孔落錘產(chǎn)生震源，利用地面振動(dòng)傳感器感知震源信號(hào)，利用彈性動(dòng)力學(xué)的相關(guān)公式計(jì)算出巖體的等效彈性模量。借助本發(fā)明獲得的巖體等效彈性模量，可準(zhǔn)確評(píng)價(jià)爆破對(duì)周邊巖體損傷破裂程度的影響，進(jìn)而為露天礦爆破開(kāi)采的優(yōu)化設(shè)計(jì)及爆破震害的科學(xué)防護(hù)提供依據(jù)。與傳統(tǒng)的測(cè)試方法相比，本發(fā)明具有震源生成簡(jiǎn)單、測(cè)試周期短，測(cè)試范圍廣，測(cè)試成本低等特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本發(fā)明的鉆孔和測(cè)試傳感器及采集儀器布置示意圖。
[0012]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的鉆孔和傳感器及數(shù)據(jù)采集儀布置俯視圖。
[0013]圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的鉆孔和測(cè)試傳感器及數(shù)據(jù)采集儀布置俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0015]如圖1所示，本發(fā)明的利用孔內(nèi)落錘探測(cè)巖體等效彈性模量的方法，其特征在于:包括如下步驟:
(I)在待測(cè)巖體4中垂直打鉆形成落錘孔1，落錘孔I深度范圍為5m?20m，落錘孔I直徑不小于90mm。
[0016](2)在落錘孔I周?chē)刂鴱较颍诘孛嬷本€方向布置一組振動(dòng)速度傳感器或振動(dòng)加速度傳感器7，此一組振動(dòng)速度傳感器或振動(dòng)加速度傳感器7分別通過(guò)數(shù)據(jù)線8與數(shù)據(jù)采集儀相9連接，形成一套完整的振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)；
(3)在鉆孔I孔口放置懸繩架5，將繩子3的一端固定于懸繩架5上，另一端與落錘2相連接，并將落錘2放置在位于鉆孔上端邊緣處；
(4)開(kāi)啟振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，使其處于采樣的狀態(tài)；
(5)放下落錘2，使落錘2沿著鉆孔中心自由下落到孔底，產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)；
(6)關(guān)閉振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)；
(7)利用數(shù)據(jù)分析儀，對(duì)地面各傳感器拾取到的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分離，提取出落錘擊打孔底的信號(hào)，根據(jù)波形圖拾取不同傳感器的起振時(shí)間；
(8)計(jì)算測(cè)試區(qū)域巖體的縱波波速，計(jì)算公式為，
為測(cè)試區(qū)域場(chǎng)地的平均波速，是鉆孔底部到第i個(gè)傳感器的距離，是鉆孔底部到第i+1個(gè)傳感器的距離，是第i個(gè)傳感器拾取到的振動(dòng)信號(hào)起振時(shí)間，是第i+Ι個(gè)傳感器拾取到的起振時(shí)間，Λ為傳感器的總數(shù)；
(9)計(jì)算測(cè)試區(qū)域巖體的等效彈性模量，計(jì)算公式為，表示巖體等效彈性模量，表示泊松比，，表不巖體的密度。
[0017]如圖1、2所示，所述的懸繩架由一組支桿5和與此一組支桿5上端相連接的頂環(huán)6所組成，所述的頂環(huán)6與一根繩索3的一端部相連接，此繩索3的另一端與一個(gè)落錘2相連接，此落錘2可為鉛球，也可為圓柱體或其他形狀的對(duì)稱回轉(zhuǎn)體。
[0018]所述的落錘的重量范圍在4 kg -40 kg。
[0019]所述的一組振動(dòng)速度傳感器或振動(dòng)加速度傳感器的數(shù)量為4-8個(gè)，每相鄰傳