CN112034006B - 基于多目标控制的精确延时控制***延时参数设计方法 - Google Patents

基于多目标控制的精确延时控制***延时参数设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于多目标控制的精确延时控制***延时参数设计方法，包括获取单孔***振动波形或单孔***振动波形综合数据；基于初步设计参数预测防护对象处的***振动波形数据；计算防护对象处的***振动参数；安全性判断，若不满足，则修改***延时参数，再重新计算；若满足，则结束，并以该***延时参数作为最终设计参数。本发明可减少现场***振动监测数据采集的工作量，提高预测的精度；同时，由于综合考虑了多个***防护对象处的***振动波形的***强度特性、***振动频谱特性、***振动持续时间，使设计方法更加科学合理，可为***施工前期的***参数设计、延时参数选择和起爆网路参数优化提供支持。

Description

基于多目标控制的精确延时控制***延时参数设计方法
技术领域
本发明涉及***参数设计技术，特别是一种基于多目标控制的精确延时控制***延时参数设计方法。
背景技术
工业数码电子***采用电子控制模块，取代传统***中的延期药及点火装置，提高了***延期精度与起爆网路微差设计的灵活性，为控制***振动与优化***效果提供了基础，也有利于行业安全与数字化监管水平的提升。电子***由于其延时极为精确，通过适当的起爆网络，可以达到降低***噪声、减小***振动、降低***单耗、提高破碎效果等优点。
传统的导爆管***延时误差很大难满足微差干扰降震的延时要求，采用电子***起爆后可以解决这个问题。另外，由于***地震波的频率随着传播距离而衰减，在***远区的振动周期是***中近区振动周期的数倍，因此很可能出现在近区地震波相互干扰减弱而在远区相互叠加放大的现象，而且断层的存在增加的这些干扰的不确定性。在某些情况下，这可能对周边民房振动控制更为不利，通常***作业区域附近，往往分布着多个防护对象，这些防护对象的距离、方位和高程不同，结构形式不同，抗震要求也不相同，我们称这种***为有多目标控制要求的***。但现有设计方法中缺少一种基于多目标控制的精确延时控制***延时参数设计方法，难以实现多目标控制目的。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的延时参数设计方法难以实现多目标控制目的不足，提供一种基于多目标控制的精确延时控制***延时参数设计方法，该方法基于单孔***试验和数值仿真反演相结合的群孔***振动全时程预测，可减少现场***振动监测数据采集的工作量，提高预测的精度；同时，综合考虑了多个***防护对象处的***振动波形的***强度特性、***振动频谱特性、***振动持续时间，使设计方法更加科学合理，可为***施工前期的***参数设计、延时参数选择和起爆网路参数优化提供支持。
为实现前述目的，本发明采用如下技术方案。
一种基于多目标控制的精确延时控制***延时参数设计方法，包括以下步骤：
S1，获取单孔***振动波形：在***区域开展单孔***试验，并在确定的防护对象处进行***振动监测，以获取典型的单孔***振动波形数据；
S2，***振动子波数据充足性判断：依据确定的防护对象数量，判断***振动子波数据是否充足，不足，则执行下一步；充足，则进入步骤S4；
S3，获取单孔***振动波形综合数据：采用数值模型仿真反演补充子波波形数据，并提取充足的仿真反演子波波形数据，且与单孔***振动波形数据相结合形成单孔***振动波形综合数据；
S4，基于已延时参数预测防护对象处的***振动波形数据：根据***现场条件、确定的延时参数和防护对象，将步骤S2获得的单孔***振动波形数据或步骤S3获得的单孔***振动波形综合数据，带入非线性叠加原理模型和蒙特卡罗模型中，进行群孔***振动全时程预测，得到各个防护对象处的***振动波形数据；
S5，计算防护对象处的***振动参数：根据各个防护对象处的***振动波形数据计算***振动峰值、振动频率、振动持续时间三个***波形特性参数；
S6，安全性判断：分析***波形特性是否满足安全标准，若不满足，则修改***延时参数，返回步骤S4；若满足，则结束，并以该***延时参数作为最终设计参数。
采用前述方案的本发明，基于单孔***试验和数值仿真反演相结合的群孔***振动全时程预测，可减少现场***振动监测数据采集的工作量，提高预测的精度；同时，综合考虑了多个***防护对象处的***振动波形的***强度特性、***振动频谱特性、***振动持续时间，更加科学合理，可为***施工前期的***参数设计、延时参数选择和起爆网路参数优化提供支持。其中，***振动峰值是指水平径向、水平切向和垂直向三个方向的***质点振动速度分量中的最大值，***振动频率为主振频率；在步骤S4中防护对象处***振动波形数据的初次预测中，以初步确定的延时参数进行；当在步骤S6中出现不满足安全允许标准而返回步骤S4时，以修改后的延时参数进行预测。
其中，在获取单孔***振动波形步骤中，***振动监测采用三向速度或加速度传感器，记录三个垂直方向的振动分量。
在***振动子波数据充足性判断步骤中，***振动子波数据是否充足的判别标准是：***振动子波数据不少于***振动防护对象的数量。
在获取单孔***振动波形综合数据步骤中，采用数值仿真模型反演补充子波波形数据的数量k满足下式要求：
k≥m-n；
式中，m为***振动子波数据，n为***振动防护对象的数量。
在基于初步设计参数预测防护对象处的***振动波形数据步骤中，非线性叠加原理模型的数学表达式为：
式中，PPV1、PPV2、PPV3分别为第i号孔在监测点所诱发的水平径向振动速度、水平切向振动速度和垂直向振动速度；αi为第i号炮孔对应的振动空间辐角；t是时间；τn为第n个炮孔起爆延迟时间；un(t)为其归一化波形；rn第n个孔到该监测点的距离；hn第n个孔中心到该监测点的高程差；Cn是为第n个孔对总***振动的贡献比例系数；K和α为场地常数，β为高程影响系数；分别为第i号孔在监测点所诱发的振动在X、Y、Z三个方向的分量。
本设计方法的基本原理如下：
由于各炮孔在空间位置上具有一定的间距，使得各个孔所诱发振动的各个分量在传递至预测计算点时相互之间具有一定的入射辐角，考虑到各炮孔空间位置的差异，应用群孔***振动的空间矢量叠加模型进行特定位置点的振动预测，具有更强的现实意义，群孔***振动空间矢量叠加模型可表示为：
式中，PPV1为第i号孔在监测点所诱发水平径向振动速度，cm/s；PPV2为第i号孔在监测点所诱发水平切向振动速度，cm/s；PPV3为第i号孔在监测点所诱发垂直向振动速度，cm/s；αi为第i号炮孔对应的振动空间辐角。
可以定义一个无量纲量ln来描述第n个孔的非线性响应到线性响应的转化：
式中，SP为第n个孔***产生的非线性响应区域大小与平均炮孔间距SP，qn是炮孔药量成正比，为所有炮孔的平均药量，D为一个常数参量。
第n个孔对总***振动的贡献可以表示为：
用Cn取代式中的则得到非线性叠加模型的表达式：
式中：t是时间；τn为第n个炮孔起爆延迟时间；un(t)为其归一化波形；rn第n个孔到该监测点的距离；hn第n个孔中心到该监测点的高程差；Cn是为第n个孔对总***振动的贡献比例系数；K和α为场地常数，β为高程影响系数； 分别为第i号孔在监测点所诱发的振动在X、Y、Z三个方向的分量。
本发明的有益效果是，可减少现场***振动监测数据采集的工作量，提高预测的精度；同时，由于综合考虑了多个***防护对象处的***振动波形的***强度特性、***振动频谱特性、***振动持续时间，使设计方法更加科学合理，可为***施工前期的***参数设计、延时参数选择和起爆网路参数优化提供支持。
附图说明
图1是本发明的流程图。
图2是应用本发明方法的具体案例中现场***振动防护对象与振动监测点分布示意图。
图3是应用本发明方法的具体案例中防护对象1处X、Y、Z三个方向的***振动预测波形图。
图4是应用本发明方法的具体案例中防护对象2处X、Y、Z三个方向的***振动预测波形图。
图5是应用本发明方法的具体案例中防护对象3处X、Y、Z三个方向的***振动预测波形。
图中的附图标记1为***振动防护对象；标记2、3和4分别为三个***振动防护对象；标记5和6分别为两个***振动监测点；标记7为***施工区域。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
参见图1，一种基于多目标控制的精确延时控制***延时参数设计方法，包括以下步骤：
S1，获取单孔***振动波形：在***区域开展单孔***试验，并在确定的防护对象处进行***振动监测，以获取典型的单孔***振动波形数据；
S2，***振动子波数据充足性判断：依据确定的防护对象数量，判断***振动子波数据是否充足，不足，则执行下一步；充足，则进入步骤S4；
S3，获取单孔***振动波形综合数据：采用数值模型仿真反演补充子波波形数据，并提取充足的仿真反演子波波形数据，且与单孔***振动波形数据相结合形成单孔***振动波形综合数据；
S4，基于已延时参数预测防护对象处的***振动波形数据：根据***现场条件、确定的延时参数和防护对象，将步骤S2获得的单孔***振动波形数据或步骤S3获得的单孔***振动波形综合数据，带入非线性叠加原理模型和蒙特卡罗模型中，进行群孔***振动全时程预测，得到各个防护对象处的***振动波形数据；
S5，计算防护对象处的***振动参数：根据各个防护对象处的***振动波形数据计算***振动峰值、振动频率、振动持续时间三个***波形特性参数；
S6，安全性判断：分析***波形特性是否满足安全标准，若不满足，则修改***延时参数，返回步骤S4；若满足，则结束，并以该***延时参数作为最终设计参数。
其中，***振动峰值是指水平径向、水平切向和垂直向三个方向的***质点振动速度分量中的最大值，***振动频率为主振频率；在获取单孔***振动波形步骤中，***振动监测采用三向速度或加速度传感器，记录三个垂直方向的振动分量。
在***振动子波数据充足性判断步骤中，***振动子波数据是否充足的判别标准是：***振动子波数据不少于***振动防护对象的数量。
在获取单孔***振动波形综合数据步骤中，采用数值仿真模型反演补充子波波形数据的数量k满足下式要求：
k≥m-n；
式中，m为***振动子波数据，n为***振动防护对象的数量。
在基于初步设计参数预测防护对象处的***振动波形数据步骤中，非线性叠加原理模型的数学表达式为：
式中，PPV1、PPV2、PPV3分别为第i号孔在监测点所诱发的水平径向振动速度、水平切向振动速度和垂直向振动速度；αi为第i号炮孔对应的振动空间辐角；t是时间；τn为第n个炮孔起爆延迟时间；un(t)为其归一化波形；rn第n个孔到该监测点的距离；hn第n个孔中心到该监测点的高程差；Cn是为第n个孔对总***振动的贡献比例系数；K和α为场地常数，β为高程影响系数；分别为第i号孔在监测点所诱发的振动在X、Y、Z三个方向的分量。
基于前述方法的实际案例，某大型石灰石矿山进行***开采，矿山附近不同方位分布有四个村庄，附图标记分别为1、2、3和4，其中，1、2和3三个村庄被确定为防护对象，***施工区域7和防护对象分布如图2所示，有较为严格的***振动控制要求，***振动控制标准为振动峰值小于0.5cm/s、***振动主频在10～60Hz、***振动持续时间小于1s。根据此***要求，需要开展多个防护对象控制的***延时参数设计。
第一步：在***区域开展单孔***试验，并在给定防护对象处进行***振动监测，现场布置有2个***振动监测点，对应的附图标记为5和6，测点布置如图2所示。***振动监测采用三向速度传感器，记录三个垂直方向的振动分量。
第二步：分析***振动子波数据是否充足。由于***振动子波数据2个少于***振动防护对象的数量3个，因此振动数据不足，需要进入第三步。
第三步，建立三维数值仿真计算模型，计算给定测点处的***振动波形，并和监测数据对比，当***振动持续时间、***振动峰值、***振动频谱的差异在20％以内时，则说明数值模型合理；然后采用该数值仿真模型反演至少k＝m-n＝1个补充子波波形数据，并提取充足的仿真反演子波波形数据，且与单孔***振动波形数据相结合形成单孔***振动波形综合数据。
第四步：按照孔间延时9ms，排间延时32ms的***延时参数进行设计，以及第三步得到的各孔的单孔***振动波形综合数据，一同带入非线性叠加原理模型和采用Matlab程序编程的蒙特卡罗模型中，进行群孔***振动全时程预测，得到3个防护对象处的***振动预测波形数据，如图3所示。
第五步：分别计算3个防护对象处的***振动波形的***振动峰值、破振动主频、***振动持续时间。
第六步：分析各个防护对象处的***振动波形的***振动峰值、***振动主频、***振动持续时间。3个防护对象处***振动峰值均小于0.5cm/s、***振动主频在10～60Hz、***振动持续时间小于1s，满足***振动安全允许标准。
综合多个控制目标的振动控制要求，该组***设延期计参数即孔间延时9ms，排间延时32ms是满足多目标控制要求的设计参数。
本案例中，如现场布置有的***振动监测点数量等于或大于防护对象数量，则无需进行第三步。
本案例中，当防护对象中出现一个不能满足***振动安全允许标准的情形，则需要对延时参数进行调整，调整后，再返回第四步，并顺序执行第五步和第六步；按此循环，循环直到每个防护对象满足***振动安全允许标准。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于多目标控制的精确延时控制***延时参数设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，获取单孔***振动波形：在***区域开展单孔***试验，并在确定的防护对象处进行***振动监测，以获取典型的单孔***振动波形数据；
S2，***振动子波数据充足性判断：依据确定的防护对象数量，判断***振动子波数据是否充足，不足，则执行下一步；充足，则进入步骤S4；
S3，获取单孔***振动波形综合数据：采用数值模型仿真反演补充子波波形数据，并提取充足的仿真反演子波波形数据，且与单孔***振动波形数据相结合形成单孔***振动波形综合数据；
S4，基于已延时参数预测防护对象处的***振动波形数据：根据***现场条件、确定的延时参数和防护对象，将步骤S2获得的单孔***振动波形数据或步骤S3获得的单孔***振动波形综合数据，带入非线性叠加原理模型和蒙特卡罗模型中，进行群孔***振动全时程预测，得到各个防护对象处的***振动波形数据；
S5，计算防护对象处的***振动参数：根据各个防护对象处的***振动波形数据计算***振动峰值、振动频率、振动持续时间三个***波形特性参数；
S6，安全性判断：分析***波形特性是否满足安全标准，若不满足，则修改***延时参数，返回步骤S4；若满足，则结束，并以该***延时参数作为最终设计参数；
其中，在步骤S4中，非线性叠加原理模型的数学表达式为：
式中，PPV1、PPV2、PPV3分别为第i号孔在监测点所诱发的水平径向振动速度、水平切向振动速度和垂直向振动速度；αi为第i号炮孔对应的振动空间辐角；t是时间；τn为第n个炮孔起爆延迟时间；un(t)为其归一化波形；rn第n个孔到该监测点的距离；hn第n个孔中心到该监测点的高程差；Cn是为第n个孔对总***振动的贡献比例系数；K和α为场地常数，β为高程影响系数；vi r、vi t、vi z分别为第i号孔在监测点所诱发的振动在X、Y、Z三个方向的分量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，***振动监测采用三向速度或加速度传感器，记录三个垂直方向的振动分量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，***振动子波数据是否充足的判别标准是：***振动子波数据不少于***振动防护对象的数量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S3中，采用数值仿真模型反演补充子波波形数据的数量k满足下式要求：
k≥m-n；
其中，m为***振动子波数据，n为***振动防护对象的数量。
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