陳群山 肖文 林育強(qiáng) 李明霞

摘 要：本文根據(jù)工程爆破振動(dòng)特性研究與分析中存在的主要問(wèn)題，以考慮無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸為研究特色，基于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)，開(kāi)展相應(yīng)硬件和軟件研發(fā)，建立工程爆破振動(dòng)效應(yīng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于白鶴灘水電站。實(shí)踐證明，該技術(shù)能有效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，從而利用少量的人力、物力，即可獲取海量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，從而指導(dǎo)爆破安全作業(yè)，減少或避免爆破振動(dòng)的危害作用。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)；爆破試驗(yàn)；爆破振動(dòng)；安全控制；實(shí)時(shí)傳輸

中圖分類(lèi)號(hào)：TV542 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）20-0148-02

爆破振動(dòng)作為爆破安全控制的重要指標(biāo)，一直是國(guó)內(nèi)外比較關(guān)注的內(nèi)容，相應(yīng)開(kāi)展的研究工作也比較多。在工程爆破監(jiān)測(cè)技術(shù)方面，傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)設(shè)備在野外危險(xiǎn)區(qū)域工作存在一定的局限性，不能實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守與長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)；在巖體爆破振動(dòng)特性方面，如何在獲取海量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后，得出不同巖體、不同爆破方式下的爆破振動(dòng)傳播規(guī)律等爆破振動(dòng)特性，對(duì)指導(dǎo)爆破安全作業(yè)，從而減少或避免爆破振動(dòng)的危害作用具有重要意義。

1 工程爆破監(jiān)測(cè)技術(shù)研究現(xiàn)狀

經(jīng)過(guò)幾十年發(fā)展，爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)已有很大進(jìn)步[1]。過(guò)去常用的爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)主要包括檢波器、放大器和自記儀。檢波器用于把振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并輸出；放大器用于檢波器信號(hào)的放大或衰減；爆破自記儀為記錄爆破信號(hào)的裝置。記錄裝置記錄下信號(hào)再由人工或?qū)ｉT(mén)儀器對(duì)波形進(jìn)行分析處理[2]。第一代測(cè)試系統(tǒng)由檢波器和光線示波器組成[3]，所有測(cè)點(diǎn)的檢波器均需由導(dǎo)線與監(jiān)測(cè)站內(nèi)的光線示波器相連，光線示波器大而重，單根導(dǎo)線長(zhǎng)幾十米，甚至幾百米，記錄時(shí)測(cè)試人必須守候在光線示波器旁控制記錄波形曝光時(shí)間，記錄波形不便于保存。第二代測(cè)試系統(tǒng)檢波器與放大器之間需用幾十米或幾百米的信號(hào)傳輸電纜連接，在測(cè)試準(zhǔn)備工作中，不僅時(shí)間長(zhǎng)、工作量大，而且由于敷設(shè)線路過(guò)長(zhǎng)，也易出現(xiàn)系統(tǒng)誤差[4]。第三代測(cè)試系統(tǒng)不需長(zhǎng)導(dǎo)線將檢波器與記錄設(shè)備相連[5]，設(shè)備可以待機(jī)幾小時(shí)、甚至幾天，波形保存在自記儀內(nèi)，可以多次回放，但未實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理。

2 爆破振動(dòng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)

2.1 基于物聯(lián)網(wǎng)的爆破振動(dòng)無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展，越來(lái)越多的爆破工程和爆破試驗(yàn)在城市以及有重要工程建筑的地方進(jìn)行，因此爆破振動(dòng)對(duì)于建筑的影響受到愈來(lái)愈多的關(guān)注[6]。目前工程爆破是我國(guó)礦山開(kāi)采、隧道開(kāi)挖及水利水電等工程的主要施工方法。在工程爆破過(guò)程中，爆破引起的振動(dòng)影響附近建筑物及相關(guān)設(shè)施的安全。因此，采取科學(xué)有效的手段建立有效、實(shí)時(shí)的工程爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

現(xiàn)有的爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)已不能滿足靈活性和實(shí)時(shí)性的要求，長(zhǎng)江科學(xué)院自主研發(fā)的基于物聯(lián)網(wǎng)的爆破振動(dòng)無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)和無(wú)線通訊技術(shù)，在多年來(lái)從事動(dòng)態(tài)信號(hào)實(shí)時(shí)處理傳輸產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爆破振動(dòng)測(cè)試儀器的新要求，基于物聯(lián)網(wǎng)概念設(shè)計(jì)并研發(fā)新一代的基于物聯(lián)網(wǎng)的爆破振動(dòng)無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)爆破數(shù)據(jù)無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸?shù)谋茢?shù)據(jù)的要求，并利用RFID和GPS技術(shù)確保爆破監(jiān)測(cè)的真實(shí)有效，大大降低了現(xiàn)場(chǎng)布線工作量，組網(wǎng)靈活，綜合成本低，可擴(kuò)展性好。

2.2 遠(yuǎn)程無(wú)線爆破管理信息系統(tǒng)

遠(yuǎn)程無(wú)線爆破管理信息系統(tǒng)分為軟件版和Web網(wǎng)頁(yè)版?？梢詫?shí)現(xiàn)爆破數(shù)據(jù)的添加和下載，顯示記錄列表、打開(kāi)記錄、查找記錄、導(dǎo)出數(shù)據(jù)、刪除記錄、打印記錄以及查看記錄地理信息，查看振動(dòng)詳細(xì)信息和振動(dòng)波形，振動(dòng)波形的分析（包括頻譜分析、功率譜分析、一階積分分析、一階微分分析等），短信預(yù)警功能等。軟件版遠(yuǎn)程無(wú)線爆破管理信息系統(tǒng)是針對(duì)新一代的爆破爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)記錄儀研發(fā)的獨(dú)立軟件；Web網(wǎng)頁(yè)版遠(yuǎn)程無(wú)線爆破管理信息系統(tǒng)是針對(duì)新一代的爆破爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)記錄儀研發(fā)的基于物聯(lián)網(wǎng)的操作平臺(tái)。

3 白鶴灘水電站柱狀節(jié)理玄武巖試驗(yàn)洞爆破試驗(yàn)

3.1 概述

白鶴灘水電站的開(kāi)發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，兼顧防洪，并有攔沙、改善下游航運(yùn)條件和發(fā)展庫(kù)區(qū)通航等綜合利用效益，是西電東送骨干電源之一。電站裝機(jī)容量13050MW，多年平均發(fā)電量564.9億kW·h，保證出力4058MW。白鶴灘水電站樞紐由攔河壩、泄洪消能建筑物和引水發(fā)電系統(tǒng)等主要建筑物組成。地下廠房采用首部開(kāi)發(fā)方案布置，地下洞室群主要包括引水隧洞、主副廠房洞、主變洞、母線洞、出線豎井、尾水調(diào)壓室、尾水洞、通風(fēng)洞及進(jìn)廠交通洞，其中廠區(qū)三大洞室主副廠房洞、主變洞、尾水調(diào)壓室平行布置。

3.2 測(cè)點(diǎn)布置

爆破振動(dòng)沿本洞室軸線方向的傳播衰減規(guī)律，必須對(duì)其水平與垂直方向的爆破振動(dòng)速度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)監(jiān)測(cè)是以基礎(chǔ)部位的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度值來(lái)控制的，因此測(cè)點(diǎn)布置須布置在基礎(chǔ)部位，避免測(cè)點(diǎn)布置過(guò)高造成因放大效應(yīng)引起的振動(dòng)失真現(xiàn)象。最近的測(cè)點(diǎn)距離爆破作業(yè)面的距離10m，其余測(cè)點(diǎn)之間的距離按指數(shù)規(guī)律布置。

3.3 分析方法

爆破質(zhì)點(diǎn)振速V，主要與爆破單段藥量以及爆源距有關(guān)，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的傳播符合薩道夫斯基規(guī)律，可以用下式來(lái)表示：

（3-1）

式中，—質(zhì)點(diǎn)峰值振速，cm/s；Q—單段最大藥量，kg；R—測(cè)點(diǎn)到爆心的斜距，m；K、α—與場(chǎng)地、爆破方式等有關(guān)的因子。

3.4 試驗(yàn)洞爆破振動(dòng)傳播規(guī)律分析

試驗(yàn)洞分為A、B兩個(gè)區(qū)，主要進(jìn)行洞室光面爆破試驗(yàn)，A區(qū)先開(kāi)挖中導(dǎo)洞，再進(jìn)行兩側(cè)擴(kuò)挖光面爆破試驗(yàn)，B區(qū)進(jìn)行全斷面開(kāi)挖光面爆破試驗(yàn)。A區(qū)兩側(cè)擴(kuò)挖光面爆破，一次總起爆藥量43kg～37.5kg，孔深3.2m，最大單段藥量16.5kg。B區(qū)全斷面開(kāi)挖光面爆破，一次總起爆藥量最大73kg，最大單段藥量不超過(guò)15.4kg。光面爆破孔內(nèi)以φ32及φ25藥卷入孔，間隔不偶合裝藥，各炮孔以導(dǎo)爆索聯(lián)接。爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果如表1所示。

對(duì)A、B兩個(gè)區(qū)邊墻振速測(cè)值進(jìn)行回歸，分別得到垂直向（鉛垂向）和水平向（垂直邊墻向、平行邊墻向）爆破振速傳播經(jīng)驗(yàn)公式如表2所示。

4 結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)工程爆破振動(dòng)特性研究與分析中存在的主要問(wèn)題，通過(guò)研發(fā)爆破振動(dòng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)儀器，建立工程爆破振動(dòng)效應(yīng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸，并將爆破振動(dòng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)儀器與工程爆破振動(dòng)效應(yīng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)運(yùn)用于工程實(shí)踐，提供了工程便利，長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)量豐富。同時(shí)，基于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)，開(kāi)展巖體爆破振動(dòng)特性研究，以白鶴灘水電站柱狀節(jié)理玄武巖試驗(yàn)洞爆破試驗(yàn)為例，得出巖體爆破振動(dòng)傳播經(jīng)驗(yàn)公式等爆破振動(dòng)特性與規(guī)律。

參考文獻(xiàn)

[1]周召江.新型爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備與技術(shù)[J]，爆破，2008，（04）：103-105.

[2]李彬峰.爆破振動(dòng)的分析方法及測(cè)試儀器系統(tǒng)探討[J].爆破，2003，（01）：81-84.

[3]陳建兵，施軍花.光線示波器測(cè)量誤差的分析[J].低壓電器，1992，（05）：37-39.

[4]黃宏銘，邢鳳妮.用記憶示波器和磁帶記錄器記錄試驗(yàn)波形[J].低壓電器，1982，（02）：34.

[5]汪家銘.帶有PLC的綜合振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J]. 噪聲與振動(dòng)控制，1994，（01）1.

[6]祝樹(shù)枝，吳森康，楊昌森.近代爆破理論與實(shí)踐[M].武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，1993.