Significance of blasting induced vibration frequencies in assessing their impact on a building

• Autorzy: Sołtys Anna

Identyfikatory

DOI

10.22211/matwys/0220

Warianty tytułu

PL

Znaczenie częstotliwości drgań wzbudzanych robotami strzałowymi w ocenie ich oddziaływania na budynek

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The use of explosives to excavate rock in open-cast mining induces vibrations in the surrounding area, which may impact nearby structures. As early as the 1960s, time-delayed firing of successive EM charges was introduced, which dramatically improved both the quality of excavation (fragmentation and shape of the dump) and reduced the intensity of vibrations propagated to the environment. Through the use of increasingly new developments in millisecond firing (nonelectrical and electronic systems), a wide range of possibilities for controlling the seismic effect has been achieved. A very important parameter of the induced vibrations is the structure of their frequency, achange of which can decisively influence the mechanism of vibration transmission from the ground to the structures and the impact assessment. As the seismic effect depends significantly on the geological conditions of both the deposit and the surrounding area, the analysis of vibrations induced from the detonation of single EM charges (signature hole (SH) method) best characterises these conditions. This paper presents the results of a study on the control of the structure of vibrations induced by the firing of EM charges using an electronic initiation system and the influence of the structure of these vibrations on the interaction of the building-ground system. The application of millisecond delay selection procedures to the design of blasting operations for the firing of EM charges, allows inducing vibrations with a favourable structure, resulting in strong attenuation during the transition from the ground to the objects.

PL

Użycie materiałów wybuchowych do urabiania skał w górnictwie odkrywkowym wzbudza w otoczeniu drgania, które mogą oddziaływać na zlokalizowane w pobliżu obiekty budowlane. Już w latach 60. ubiegłego stulecia wprowadzono odpalanie kolejnych ładunków MW z opóźnieniem czasowym, co w zdecydowany sposób poprawiło zarówno, jakość urabiania (rozdrobnienie i kształt usypu) jak i obniżyło intensywność drgań propagowanych do otoczenia. Przez zastosowanie coraz nowszych rozwiązań w zakresie milisekundowego odpalania (systemy nieelektryczne i elektroniczne) uzyskano szerokie możliwości sterowania efektem sejsmicznym. Bardzo ważnym parametrem wzbudzanych drgań jest ich struktura częstotliwościowa, której zmiana może w zdecydowany sposób wpływać na mechanizm przenoszenia drgań z podłoża do obiektów budowlanych i ocenę oddziaływania. Ponieważ efekt sejsmiczny w istotny sposób zależy od warunków geologicznych zarówno złoża jak i otoczenia, analiza drgań wzbudzanych od detonacji pojedynczych ładunków MW (metoda signature hole (SH)) najlepiej charakteryzuje te warunki. W artykule przedstawiono wyniki badań nad sterowaniem strukturą drgań wzbudzanych w czasie odpalania ładunków MW z zastosowaniem elektronicznego systemu inicjowania oraz wpływem struktury drgań na interakcję układu budynek-podłoże. Zastosowanie do projektowania robót strzałowych procedur związanych z doborem opóźnienia milisekundowego do odpalania ładunków MW, pozwala na wzbudzanie drgań o korzystnej strukturze, dzięki czemu uzyskuje się silne tłumienie przy przejściu z podłoża do obiektów.

Słowa kluczowe

EN

blasting works; millisecond blasting technique; assessment of vibration impact; frequency structure of vibrations

PL

technika strzelnicza; strzelanie milisekundowe; ocena oddziaływania drgań; struktura częstotliwościowa drgań

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Przemysłu Organicznego
• Czasopismo: Materiały Wysokoenergetyczne
• Rocznik: 2022
• Tom: T. 14
• Strony: 76--92
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Sołtys Anna

• AGH University of Science and Technology, 30A. Mickiewicza Ave., 30-059 Kraków, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-6007-9211

Bibliografia

• [1] Onderka Z., Sieradzki J., Winzer J. Blasting Technique, Vol. 2: The Impact of Shooting Works on the Environment of Opencast Mines. (in Polish) Kraków: Uczelniane Wyd. Naukowo-Dydaktyczne, 2003; ISBN: 83-88408-29-1.
• [2] Winzer J., Sołtys A., Pyra J. The Impact of in Use of Blasting Works on the Environment. (in Polish) Kraków: Wyd. AGH, 2016.
• [3] Sołtys A., Pyra J., Winzer J. Problems in Assessing the Harmful Effect of Vibrations Induced by Blasting Works on Buildings. (in Polish) Conf. Blasting Technique in Mining and Construction. Ustroń, Poland, October 7-9, 2015, [unpublished].
• [4] Sołtys A., Winzer J. KSMD APN – History Operation of One Ground Born Vibration Monitoring System Unit. (in Polish) Przegląd Górniczy 2017, 73(3): 89-97.
• [5] Sołtys A., Winzer J. Impact Assessment of Vibrations Induced by Blasting Works on Buildings In Accordance with PN-B-02170:2016-12. (in Polish) Przegląd Górniczy 2019, 75(6): 14-24.
• [6] Dowding C.H. Blast Vibration Monitoring and Control. Evanstone, IL: Northwestern University, 1985.
• [7] Siskind D.E., Stagg M.S., Kopp J.W., Dowding C.H. RI 8507 – Structure Response and Damage Produced by Vibration from Surface Mine Blasting. Washington (DC): United States Bureau of Mines, 1980.
• [8] Persson P., Holmberg R., Lee J. Rock Blasting and Explosives Engineering. Boca Raton: CRC Press, 1994.
• [9] Fernández P.R., Rodríguez R., Bascompta M. Holistic Approach to Define the Blast Design In Quarrying. Minerals 2022, 12(2): 191. https://doi.org/10.3390/min12020191 [retrevied 10.02.2022].
• [10] Zeng Y.-Q., Li H.-B., Xia X., Li J.-R., Li Z.-W., Liu X.-H. Research on Blasting Vibration Effect and Time-frequency Characteristics of Vibration Signals in a Road Corridor at Xianning Nuclear Power Station. J. Vibroengineering, 2021, 23(4): 823-846. https://doi.org/10.21595/jve. 2021.21848 [retrevied 13.02.2022].
• [11] PN-B-02170:2016-12. Evaluation of the Harmfulness of Buildings Vibrations Due to Ground Motion. (in Polish), 2016.
• [12] Winzer J. Contribution to the Discussion on how to Minimize the Impact of Blasting Works on Surrounding Buildings. (in Polish) Proc. Conf. Blasting Technique in Mining and Construction, Ustroń, Poland, September 25-27, 2013, 347-361.
• [13] Blair D.P. Blast Vibration Control in the Presence of Delay Scatter and Random Fluctuations between Blastholes. Int. J. Numer. Anal. Methods Geomech. 1993, 17: 95-118.
• [14] Dowding C.H., Aimone-Martin C.T., Meins B.M., Hamdi E. Large Structure Response to High Frequency Excitation from Rock Blasting. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 2018, 111: 54-63, https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2018.08.007 [retrevied 18.02.2022].
• [15] Gómez J., Sanchidrián A., Segarra P. Near-Field Vibration from Blasting and Rock Damage Prediction with a Full-field Solution. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 2020, 134: 104357, https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2020.104357 [retrevied 18.02.2022].
• [16] Lin F., Liu R., Zhang Z., Jiang D., Chen J., Li Y. Reduction of Blasting Induced Ground Vibrations Using High-Precision Digital Electronic Detonators. Front. Earth Sci. 2022, 9: 804504.
• [17] Nateghi R. Prediction of Ground Vibration Level Induced by Blasting at Different Rock Units. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 2011, 48: 899-908.
• [18] Winzer J. The Influence of Millisecond Delays when Conducting Production Blasting Operations on the Frequency Characteristics of Ground and Buildings Vibrations on the Example of a Gypsum Deposit. (in Polish) PhD thesis, AGH, Kraków, 2004.
• [19] Sołtys A. Application of the Matching Pursuit Method to the Analysis of Excited Vibrations in the Performance of Engineering Works with the Use of Explosives. Proc. Conf. Safety of Blasting Works, Ustroń, Poland, October 10-12, 2012, 125-134.
• [20] Sołtys A. Methodology of Selecting Millisecond Delays in Order to Minimize the Impact of Ground Vibrations Induced by Blasting Works on Building Structures. (in Polish) Kraków: Wyd. AGH, 2021.
• [21] Pyra J. Review of Research on the Influence of Millisecond Delay on the Intensity and Structure of Vibrations Induced by Blasting Works in Polish Opencast Mines. (in Polish) Proc. Conf. Blasting Technique in Mining and Construction. Ustroń, Poland, September 25-27, 2013, 215-227.
• [22] Winzer J. Documentation of Blasting Operations Impact on the Open Cast Mining Plants Surrounding. (in Polish) Górnictwo Odkrywkowe 2006, 48(3-4): 159-167