한국지구물리탐사학회 2003년도 Proceedings of the international symposium on the fusion technology
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pp.83-87
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2003
Experimental blast studies were carried out in a limestone quarry to study the effects of blasting on structures. To have an in-depth understanding of the possible relation between parameters like vibrations, frequency and scale distance and ten trial blast were conducted. 29 monitoring stations were located in such a pattern to give a true representation of blast induced vibrations for the entire mining in this area. The vibrations were monitored in the vicinity of structures surrounding the quarry in the direction towards the village, road, railway line, office building, etc. Scale distances were determined to identify the maximum charge permissible to cause damage to structures.
Blasting operations associated with rock excavation work may have an environmental impact in nearby structures or human beings. With the increase of construction work in urban areas, vibration problems and complaints have also increased. In order to determine the optimum design parameters for safe blast, it is essential to understand blast mechanism, design variables involved in blast-induced damage, and their effects on the blasting results. This paper deals with the characteristics of ground vibrations, air blast and fly rock caused by blast, including the general method of establishing the vibration predictors, and damage criteria suggested by various investigators. The results of field measurements from open pit mine and tunnel construction work are discussed. Basic concepts of how to design blast parameters to control the generation of ground vibrations, air blast and fly rock are presented.
The customary approach used in the blast vibration analysis is to derive empirical relations between the peak particle velocities of blast-induced waves and the scaled distance, and to develop patterns limiting the amounts of explosives. During the periods when excavations involving blasting were performed at sites far from residential areas and infrastructure works, this method based on empirical correlations could be effective in reducing vibrations. However, blasting procedures applied by the fast-moving mining and construction industries today can be very close to, in particular cities, residential areas, pipelines, geothermal sites, etc., and this reveals the need to minimize blast vibrations not only by limiting the use of explosives, but also employing new scientific and technological methods. The conventional methodology in minimizing blast vibrations involves the steps of i) measuring by seismograph peak particle velocity induced by blasting, ii) defining ground transmission constants between the blasting area and the target station, iii) finding out the empirical relation involving the propagation of seismic waves, and iv) employing this relation to identify highest amount of explosive that may safely be fired at a time for blasting. This paper addresses practical difficulties during the implementation of this conventional method, particularly the defects and errors in data evaluation and analysis; illustrates the disadvantages of the method; emphasizes essential considerations in case the method is implemented; and finally discusses methods that would fit better to the conditions and demands of the present time compared to the conventional method that intrinsically hosts the abovementioned disadvantages.
From all of the environmental problems, blast-induced vibrations often cause concern to surrounding residents. It is often claimed that damage to building superstructures is due to blasting, and sometimes the building owner files a lawsuit against the company that perform blasting operations. The blast-vibration problem has been thoroughly investigated in the past and continues to be the subject of ongoing research. In this study, a tunnel construction has been performed by a construction company, according to their contract they must have used drilling & blasting method for excavation in tunnel inlet and outlet portal. The population is very condensed with almost tunnel below in the vicinity houses of one or two floors, typically built with stone masonry and concrete. This situation forces the company to take extreme precautions when they are designing blasts so that the blast effects, which are mainly vibration and aerial waves, do not disturb their surrounding neighbors. For this purpose, the vibration measurement and analysis have been carried out and a new methodology in minimizing the blast induced ground vibrations at the target location, was also applied. Peak particle velocity and dominant frequencies were taken into consideration in analyzing the blast-induced ground vibration. The methodology aims to employ the most suitable time delays among blast-hole groupings to render destructive interference of surface waves at the target location.
Salman Ihsan;Shahab Saqib;Hafiz Muhammad Awais Rashid;Fawad S. Niazi;Mohsin Usman Qureshi
Geomechanics and Engineering
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제35권2호
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pp.121-133
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2023
The demand for cement and limestone crushed materials has increased many folds due to the tremendous increase in construction activities in Pakistan during the past few decades. The number of cement production industries has increased correspondingly, and so the rock-blasting operations at the limestone quarry sites. However, the safety procedures warranted at these sites for the blast-induced ground vibrations (BIGV) have not been adequately developed and/or implemented. Proper prediction and monitoring of BIGV are necessary to ensure the safety of structures in the vicinity of these quarry sites. In this paper, an attempt has been made to predict BIGV using artificial neural network (ANN) at three selected limestone quarries of Pakistan. The ANN has been developed in Python using Keras with sequential model and dense layers. The hyper parameters and neurons in each of the activation layers has been optimized using randomized and grid search method. The input parameters for the model include distance, a maximum charge per delay (MCPD), depth of hole, burden, spacing, and number of blast holes, whereas, peak particle velocity (PPV) is taken as the only output parameter. A total of 110 blast vibrations datasets were recorded from three different limestone quarries. The dataset has been divided into 85% for neural network training, and 15% for testing of the network. A five-layer ANN is trained with Rectified Linear Unit (ReLU) activation function, Adam optimization algorithm with a learning rate of 0.001, and batch size of 32 with the topology of 6-32-32-256-1. The blast datasets were utilized to compare the performance of ANN, multivariate regression analysis (MVRA), and empirical predictors. The performance was evaluated using the coefficient of determination (R2), mean absolute error (MAE), mean squared error (MSE), mean absolute percentage error (MAPE), and root mean squared error (RMSE)for predicted and measured PPV. To determine the relative influence of each parameter on the PPV, sensitivity analyses were performed for all input parameters. The analyses reveal that ANN performs superior than MVRA and other empirical predictors, andthat83% PPV is affected by distance and MCPD while hole depth, number of blast holes, burden and spacing contribute for the remaining 17%. This research provides valuable insights into improving safety measures and ensuring the structural integrity of buildings near limestone quarry sites.
A major concern with blasting at surface mines is generation of ground vibration, air blast, flyrock, dust & fume and their impact on nearby structures and environment. A study was conducted at a coal mine in India which produces 10 million tonne of coal and 27 million cubic meter of overburden per annum. Draglines and shovels with dumpers carry out the removal of overburden. Detonation of 100 tonnes of explosives in a blasting round is a common practice of the mine. These large sized blasts often led to complaints from the nearby inhabitants regarding ground vibrations and their affects on their houses. Eighteen dragline blasts were conducted and their impacts on nearby structures were investigated. Extended seismic arrays were used to identify the vibration characteristics within a few tens meters of the blasts and also as modified by the media at distances over 5 km. 10 to 12 seismographs were deployed in an array to gather the time histories of vibrations. A signature blast was conducted to know the fundamental frequency of the particular transmitting media between the blast face and the structures. The faster decay of high frequency components was observed. It was also observed that at distances of 5km, the persistence of vibrations in the structures was substantially increased by more 10 seconds. The proximity of the frequency of the ground vibration to the structure's fundamental frequencies produced the resonance in the structures. On the basis of the fundamental frequency of the structures, the delay interval was optimized, which resulted into lower amplitude and reduced persistence of vibration in the structures.
The pressure-time profile of the explosion gases can be controlled fot the use of cartridge explosives with two techniques Known as Decoupling and Spacing the charges. Decoupling consists in leaving and empty space between the explosive column and wall of the blast hole. Four different decoupling index, 1.4, 1.8, 2.34, 3.0 are selected in this field study. The level of ground vibrations with each decoupling index are measured and the empirical particle vibrations with each decoupling index are measured and the empirical particle velocity equation from these data was obtained. The condition of new cracks at blast hole are also examined. As the decoupling index in increased, the level of the blast vibration is decreased,. But the cracks in rock masses are efficiently formed to remove the broken rock. The vibration constant associated with a given site $K=1564.5(D.I)^{-1.3233}$ in terms of D.I(decopling index).
The common prospect in diminishing mine-blast vibration is decreasing vibration with increasing distance. This paper indicates that, contrary to the general expectancy, vibration waves change their forms when they are travelling through the low velocity layer like coal and so-called guided waves moving the vibration waves to longer distances without decreasing their amplitudes. The reason for this unexpected vibration increase is the formation of guided waves in the coal bed which has low density and low seismic velocity with respect to the neighboring layers. The amplitudes of these guided waves, that are capable of traveling long distances depending on the seam thickness, are several times higher than that of the usual vibration waves. This phenomenon can many complaints from the residential areas very far away from the blasting sites. Thus, this unexpected behavior of the coal beds in the surface coal mines should also be considered in vibration minimization studies. This study developed a model to predict the effects of guided waves on the propagation ways of blast-induced vibrations. Therefore, vibration mitigation studies considering the nearby buildings can be focused on these target places.
일반적으로 발파진동은 지하공동 주벽의 절리나 단층 등의 불연속면에 작용하여 이들 불연속면들에 의해 구분되는 암반블록들에 상대적인 운동을 유발함으로써 지하공동을 불안정하게 만들 가능성이 있다. 본 연구에서는 국내의 한 노천 석회석 광산에서 대규모 지하 조쇄실(crusher room; CR룸) 공동의 발파 안정성을 확보할 수 있는 발파지침을 마련하였다. 이 지침은 안전한 발파가 되기 위해서 사용할 수 있는 최대 지발당 장약량을 계산할 수 있는 기준의 형태로 제시하였다. 대상 지하공동에 대한 허용 가능한 최대입자속도는 FLAC2D를 이용한 수치해석 결과를 토대로 결정하였다. 아울러 필요한 지반진동 자료들은 현장 계측을 통하여 획득하였다.
It was difficult to apply conventional excavation methods in some sections from Seoul to Pusan high speed rail road construction of 1 lot 2, due to highway concrete road, gas pipe, water pipe and nearby factories with automatic control system machine. To excavate safely and efficiently in these sections new blast patterns were employed within allowable blast vibration level, by test blast and controlled vibration by sequential blast. Behaviors of the rock mass including convergence and displacement around tunnel were measured with construction works and the crack width in concrete wall was also monitored for controlling allowable limits. The results can be summarized as follow : 1. The allowable blast vibration level in structure site is less 1.0cm/sec for highway concrete, 0.5 cm/sec for gas pipe, water pipe and building housing and 0.3 cm/sec for automatic control system machine. 2. The convergence displacement, single rod extensometer and multi rod extensometer around tunnel and cracks in concrete wall were measured, it was confirmed that the measured values were converged within allowable level. 3. The empirical formular of ground vibrations with 90% confidence lines for PD-3 was given as follow. $$V_{90%}=45.549({\frac{D}{\sqrt{W}}})^{-1.353}$$
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[게시일 2004년 10월 1일]
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