一种评价巷道爆破保留岩体损伤程度的方法

1.本发明涉及围岩损伤探测技术领域，特别是涉及一种评价巷道爆破保留岩体损伤程度的方法。


背景技术：

2.在对巷道爆破后的围岩进行损伤测试时，常采用声波测试与钻孔窥视两种方法。利用这两种方法进行测试前，需要在巷道爆破断面与巷道侧壁的交界处向围岩内部钻至少一米深的测试孔。如图1、图2、图3和图4所示，受限于钻孔设备和现场条件，测试孔一般垂直于巷道侧壁或向爆破断面方向倾斜(声波测试的测试孔需向下倾斜)。当测试孔垂直于巷道侧壁时，测试孔内部离所爆岩体部分较远，所得围岩爆后损伤度会偏小；而当测试孔向爆破断面前方倾斜时，由于现场条件的限制，测试孔与巷道侧壁的水平夹角不能过小，因此测试孔内部各深度处离爆破岩体部分水平距离的偏差较大，也会对围岩爆后的损伤度测试结果产生影响。
3.为了指导现有爆破技术达到更高效安全开采矿产资源、开挖隧道硐室、最大限度保护围岩的要求，需要得到巷道爆破后较为精确且具有代表性的围岩损伤度数据，从而研究出对围岩具有有效保护作用的爆破手段。该损伤度数据要求对靠近爆破岩体部分、且距爆破岩体部分相同深度处的保留岩体进行损伤测试。为此，设计一种新的评价巷道爆破保留岩体损伤程度的方法势在必行。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种评价巷道爆破保留岩体损伤程度的方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够对靠近爆破岩体部分、且距爆破岩体部分相同深度处的保留岩体进行损伤测试。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.本发明提供一种评价巷道爆破保留岩体损伤程度的方法，包括如下步骤：
7.步骤一，钻测试孔：在巷道爆破断面与巷道侧壁的交界处打第一个平行于巷道地面的测试孔，该测试孔与巷道侧壁平面的水平夹角为30
°
，之后再钻9个结构相同的测试孔，每个测试孔均平行于上一个测试孔，且各相邻的测试孔孔口之间的连线与水平面成45
°
；
8.步骤二，钻孔窥视方案：在巷道爆破前后对10个测试孔各进行一次钻孔窥视，选取各测试孔深度为1.8m～2.0m范围内的钻孔窥视图像数据；
9.步骤三，数据处理：将钻孔窥视所得视频图像导入软件中，处理后可以得到孔内的平面二维展开图，之后将所得到的二维平面图作二值化处理，最后利用公式对各测试孔爆破前后深度为1.8m～2.0m的二值化图像进行损伤度计算。
10.可选的，步骤一中，测试孔深2m，孔口距巷道底部500mm，相邻测试孔的孔口中心间隔200mm。
11.可选的，步骤三中，利用公式进行损伤度计算前，先根据盒维数算法思想及数字图
像存储原理，结合数字图像分析技术与matlab计算功能，将爆破前后围岩的裂纹二值化图形导入到matlab盒维数计算程序中进行分形维数计算。
12.可选的，步骤三中，进行损伤度计算的公式为
[0013][0014]
式中，d
t
为爆炸后岩石内部损伤面积的分形维数，即测试孔爆后的分形维数；d0为爆炸前岩石内部初始损伤面积的分形维数，即测试孔爆前的分形维数；d
tmax
为岩石达到最大损伤面积时的分形维数，对于平面问题，d
tmax
＝2，因步骤三采用裂纹二维展开图进行二值化处理，因此取2；记测试孔1～10的损伤度分别为ω1～ω
10
，则保留岩体的损伤计算公式为(ω1 ω2
…
ω
10
)/10。
[0015]
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0016]
本发明能够得到巷道爆破后较为精确且具有代表性的围岩损伤度数据，从而研究出对围岩具有有效保护作用的爆破手段。该损伤度数据要求对靠近爆破岩体部分、且距爆破岩体部分相同深度处的保留岩体进行损伤测试；可以指导现有爆破技术达到更高效安全开采矿产资源、开挖隧道硐室、最大限度保护围岩的要求。
附图说明
[0017]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]
图1为现有技术中垂直于巷道侧壁测试孔布置正视图；
[0019]
图2为现有技术中垂直于巷道侧壁测试孔布置俯视图；
[0020]
图3为现有技术中向爆破断面方向倾斜测试孔布置正视图；
[0021]
图4为现有技术中向爆破断面方向倾斜测试孔布置俯视图；
[0022]
图5为本发明测试孔布置主视图；
[0023]
图6为本发明测试孔布置侧视图；
[0024]
图7为本发明测试孔布置俯视图；
[0025]
图8为本发明钻孔窥视方案巷道一侧测试孔示意图；
[0026]
附图标记说明：1、巷道爆破断面；2、巷道侧壁；3、测试孔；4、等效测试孔。
具体实施方式
[0027]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0028]
本发明的目的是提供一种评价巷道爆破保留岩体损伤程度的方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够对靠近爆破岩体部分、且距爆破岩体部分相同深度处的保留岩体进行损伤测试。
[0029]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0030]
本发明提供一种评价巷道爆破保留岩体损伤程度的方法，包括如下步骤：
[0031]
步骤一，钻测试孔：如图5、图6和图7所示为巷道测试孔布置的三视图。在巷道爆破断面1与巷道侧壁2的交界处打第一个测试孔3，该孔深2m，平行于巷道地面，与巷道侧壁2平面的水平夹角为30
°
，孔口距巷道底部500mm。之后再钻9个测试孔，相邻孔口中心间隔200mm，且每个测试孔3均平行于上一个测试孔3。为了避免测试孔3过于密集而导致平行于巷道侧壁2的某个平面因缺陷过大而影响爆破效果和后续损伤测试，10个测试孔3中各相邻的测试孔3孔口之间的连线与水平面成45
°
，因此，相邻测试孔3间水平距离与竖直距离均为142mm。
[0032]
步骤二，钻孔窥视方案：如图8所示，以巷道一侧为例，测试孔3深均为2.0m，在巷道爆破前后对10个测试孔各进行一次钻孔窥视，选取各测试孔3深度为1.8m～2.0m范围内的钻孔窥视图像数据，这些长度相等(200mm)且互相平行的测试孔段经各自损伤度计算后，通过数据处理(具体见第三点)可以等效为深度0.27m～1.73m、宽度135mm且与巷道爆破岩体平行的等效测试孔4，该等效测试孔4不仅可以最大幅度的减弱保留岩体与被爆破岩体之间距离不同带来的损伤误差，同时其更大的测试宽度提高了测试数据的可靠性。
[0033]
步骤三，数据处理：将钻孔窥视所得视频图像导入jl-idoi(a)软件中，处理后可以得到孔内的平面二维展开图，之后将所得到的二维平面图作二值化处理。根据盒维数算法思想及数字图像存储原理，结合数字图像分析技术与matlab计算功能，将爆破前后围岩的裂纹二值化图形导入到matlab盒维数计算程序中进行分形维数计算，计算时先导入某测试孔3爆前或爆后的二值化图像，在读取裂纹场的灰度图像后，得到相应的像素信息矩阵，之后进行数组拟合，得到的线性拟合图像的斜率即为该测试孔3爆前或爆后的分形维数(现有技术)。之后利用式(1)对各测试孔3爆破前后深度为1.8m～2.0m的二值化图像进行损伤度计算。
[0034][0035]
式中，d
t
为爆炸后岩石内部损伤面积的分形维数，即测试孔3爆后的分形维数；d0为爆炸前岩石内部初始损伤面积的分形维数，即测试孔3爆前的分形维数；d
tmax
为岩石达到最大损伤面积时的分形维数，对于平面问题，d
tmax
＝2，因该技术采用裂纹二维展开图进行二值化处理，因此取2。记测试孔1～10的损伤度分别为ω1～ω
10
，则保留岩体的损伤计算公式为(ω1 ω2
…
ω
10
)/10。
[0036]
实施例一
[0037]
为了定量研究巷道爆破对保留岩体损伤度的影响，在淮南矿区顾北煤矿的北-1煤顶板轨道上山内选取围岩情况较为稳定的巷道段进行了爆破试验。首先在巷道爆破断面一侧钻10个测试孔(以右帮为例)，孔深2m，且测试孔平行于巷道地面，与巷道侧壁平面成30
°
水平夹角，首个孔口距巷道底部500mm，之后的各相邻孔口中心间隔200mm，孔口之间的连线与水平面成45
°
，且每个测试孔均平行于上一个测试孔。爆破前后均使用钻孔窥视对测试孔内部进行视频数据的采集。
[0038]
之后通过jl-idoi(a)软件将钻孔窥视所得的孔内裂隙三维立体图转化为二维平
面展开图。得到各测试孔的二维平面展开图后，对其进行二值化处理，截取每个测试孔的最深处200mm，之后使用matlab盒维数计算程序对二值化后的图像进行分形维数计算，其中d1、d2分别为式(1)中的d0、d
t
，最后将10个测试孔的分形维数代入式(1)中对各测试孔深度为1.8m～2.0m范围内的损伤度进行计算。
[0039]
据计算，10个测试孔(a)～(k)爆后的损伤度分别为0.72、0.70、0.72、0.65、0.67、0.61、0.65、0.69、0.62、0.63，则最后所得保留岩体的损伤度为0.67。
[0040]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0041]
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。