利用孔内落锤探测岩体等效弹性模量的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于露天矿开采的技术领域，特别是涉及一种利用孔内落锤探测岩体等效弹性模量的方法。
【背景技术】
[0002]爆破开采是露天矿开采的主要形式，爆破产生的强烈冲击效应将对爆区后方的岩体造成损伤破裂，进而诱发滑坡、滚石等灾害的发生。岩体的等效弹性模量是反映其损伤破裂程度的有效指标。现有的探测岩体等效弹性模量的方法，如钻孔取芯法、爆破激震法等，一般需要的投入比较高，操作周期也较长。
[0003]钻孔取芯法是通过钻孔获取岩样，再把岩样制作成试件，通过试验设备测试试件的弹性模量。由于地层分布的复杂性，通过单个钻孔获取的岩芯，难以确切判断一定区域岩体的综合性质。为了获得一个区域岩体的等效损伤破裂特性，需要从多个钻孔中获取岩芯并测试各试件的弹性模量。因此该方法的成本较高、测试周期较长。
[0004]爆破激震法是在钻孔中埋入炸药，爆炸使岩体中产生应力波，同时监测岩体的振动。通过分析岩体的振动信息，获得岩体的等效弹性模量。该方法的测试成本较高，炸药的获取困难、运输过程繁杂，野外适应性不强，且存在爆破安全和防护方面的问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种利用孔内落锤探测岩体等效弹性模量的方法。
[0006]本发明的目的是通过下述技术方案来实现的:
本发明的利用孔内落锤探测岩体等效弹性模量的方法，其特征在于:包括如下步骤:(I)在待测岩体中垂直打钻形成落锤孔，落锤孔深度范围为5m?20m，落锤孔直径不小于90mmο
[0007](2)在落锤孔周围沿着径向，在地面直线方向布置一组振动速度传感器或振动加速度传感器，此一组振动速度传感器或振动加速度传感器分别通过数据线与数据采集仪相连接，形成一套完整的振动测试系统；
(3)在钻孔孔口放置悬绳架，将绳子的一端固定于悬绳架上，另一端与落锤相连接，并将落锤放置在位于钻孔上端边缘处；
(4)开启振动测试系统，使其处于采样的状态；
(5)放下落锤，使落锤沿着钻孔中心自由下落到孔底，产生激励信号；
(6)关闭振动测试系统；
(7)利用数据分析仪，对地面各传感器拾取到的振动信号进行分离，提取出落锤击打孔底的信号，根据波形图拾取不同传感器的起振时间；
(8)计算测试区域岩体的纵波波速，计算公式为，
为测试区域场地的平均波速，是钻孔底部到第i个传感器的距离，是钻孔底部到第i+1个传感器的距离，是第i个传感器拾取到的振动信号起振时间，是第i+Ι个传感器拾取到的起振时间，Λ为传感器的总数；
(9)计算测试区域岩体的等效弹性模量，计算公式为，表示岩体等效弹性模量，表示泊松比，，表不岩体的密度。
[0008]本发明所述的落锤是在钻孔孔口设置悬绳架，其悬绳架由一组支杆和与此一组支杆上端相连接的顶环所组成，所述的顶环与一根绳索的一端部相连接，此绳索的另一端与一个落锤相连接。
[0009]本发明所述的一组振动速度传感器或振动加速度传感器的数量为4-8个，每相邻传感器之间的间距为5m?15m。
[0010]本发明的优点是:
本发明利用钻孔落锤产生震源，利用地面振动传感器感知震源信号，利用弹性动力学的相关公式计算出岩体的等效弹性模量。借助本发明获得的岩体等效弹性模量，可准确评价爆破对周边岩体损伤破裂程度的影响，进而为露天矿爆破开采的优化设计及爆破震害的科学防护提供依据。与传统的测试方法相比，本发明具有震源生成简单、测试周期短，测试范围广，测试成本低等特点。
【附图说明】
[0011]图1为本发明的钻孔和测试传感器及采集仪器布置示意图。
[0012]图2为本发明实施例1的钻孔和传感器及数据采集仪布置俯视图。
[0013]图3为本发明实施例2的钻孔和测试传感器及数据采集仪布置俯视图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图进一步说明本发明的【具体实施方式】。
[0015]如图1所示，本发明的利用孔内落锤探测岩体等效弹性模量的方法，其特征在于:包括如下步骤:
(I)在待测岩体4中垂直打钻形成落锤孔1，落锤孔I深度范围为5m?20m，落锤孔I直径不小于90mm。
[0016](2)在落锤孔I周围沿着径向，在地面直线方向布置一组振动速度传感器或振动加速度传感器7，此一组振动速度传感器或振动加速度传感器7分别通过数据线8与数据采集仪相9连接，形成一套完整的振动测试系统；
(3)在钻孔I孔口放置悬绳架5，将绳子3的一端固定于悬绳架5上，另一端与落锤2相连接，并将落锤2放置在位于钻孔上端边缘处；
(4)开启振动测试系统，使其处于采样的状态；
(5)放下落锤2，使落锤2沿着钻孔中心自由下落到孔底，产生激励信号；
(6)关闭振动测试系统；
(7)利用数据分析仪，对地面各传感器拾取到的振动信号进行分离，提取出落锤击打孔底的信号，根据波形图拾取不同传感器的起振时间；
(8)计算测试区域岩体的纵波波速，计算公式为，
为测试区域场地的平均波速，是钻孔底部到第i个传感器的距离，是钻孔底部到第i+1个传感器的距离，是第i个传感器拾取到的振动信号起振时间，是第i+Ι个传感器拾取到的起振时间，Λ为传感器的总数；
(9)计算测试区域岩体的等效弹性模量，计算公式为，表示岩体等效弹性模量，表示泊松比，，表不岩体的密度。
[0017]如图1、2所示，所述的悬绳架由一组支杆5和与此一组支杆5上端相连接的顶环6所组成，所述的顶环6与一根绳索3的一端部相连接，此绳索3的另一端与一个落锤2相连接，此落锤2可为铅球，也可为圆柱体或其他形状的对称回转体。
[0018]所述的落锤的重量范围在4 kg -40 kg。
[0019]所述的一组振动速度传感器或振动加速度传感器的数量为4-8个，每相邻传