Effect of charge column’s velocity of detonation and location of initiation on blast induced vibration’s frequency in rock mass
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2021-05-17
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Geoengineering (GEO)
Language
en
Pages
84 + 46
Series
Abstract
Development of habituated areas often requires rock excavation with drill-and-blast method in zones where hard bedrock is near ground surface. It imposes risks of structural damages for nearby buildings due to the blast induced vibrations. The probability of structural damage correlates greatly with the vibration’s peak particle velocity and frequency, which are influenced by uncontrollable surrounding geological properties and various controllable blast parameters. This thesis aims at studying the influence of two controllable blast parameters, velocity of detonation and location of initiation, to the blast induced vibration’s frequency in rock mass. If a clear influence by one or both was to be found, then this could be taken into account when considering risk mitigation of drill-and-blast works near existing structures. It was studied by conducting two experimental test blast series in an active underground gold mine located in southern Finland. Both series contained multiple blast events in separate blastholes which were drilled in rock wall of a tunnel. In one blast series, two different explosive products with significantly differing velocities of detonation were detonated in separate blast events while keeping other parameters constant. The other series was performed similarly, but only the location of initiation varied. The resulting vibrations of the rock mass were measured with triaxial geophones. The results were then analyzed to see whether either one of the varying parameters influenced the vibration’s frequency. Additionally, a literature study was undertaken which aimed at evaluating how different national regulations take into consideration blast induced vibration’s frequency in their limit values. The analyses of the experiment’s results showed that explosives with a higher velocity of detonation seemed to cause vibrations with a slightly higher mean frequency, but the influence is very minute. The study didn’t find any dependance of vibration’s frequency content to the location of initiation, but this could also be due to the partially failed experiment. A final conclusion would require an improved experiment. Based on the findings of the literature study, frequency of vibration is widely considered in national regulations and therefore finding means to control it would be useful from risk mitigation perspective.Asutettujen alueiden kehittäminen vaatii usein räjäytyslouhintaa sellaisilla alueilla, joilla kova peruskallio on lähellä maanpintaa. Se aiheuttaa tärinän aiheuttaman rakenteellisen vaurion riskin lähirakennuksille. Todennäköisyys rakenteellisille vaurioille korreloi vahvasti tärinän heilahdusnopeuden ja taajuuden kanssa, jotka ovat puolestaan suhteessa kontrolloimattomiin ympäristön geologisiin olosuhteisiin sekä kontrolloitaviin räjäytysparametreihin. Tämän työn tarkoituksena on tutkia kahden räjäytysparametrin, detonaationopeuden ja sytytyksen sijainnin, vaikutusta räjähdyksen aiheuttaman tärinän taajuuteen kalliossa. Mikäli selvä vaikutus löydettäisiin, voitaisiin se ottaa huomioon riskinhallinnassa suorittaessa räjäytyslouhintaa olemassa olevien rakennusten lähellä. Asiaa tutkittiin suorittamalla kaksi räjäytyskoesarjaa aktiivisessa maanalaisessa kultakaivoksessa, joka sijaitsee Etelä-Suomessa. Molemmat sarjat sisälsivät useita räjäytyksiä, jotka suoritettiin erillisissä tunnelin kallioseinään poratuissa räjäytysrei’issä. Yksi räjäytyssarja sisälsi kahdella selvästi toisistaan poikkeavan detonaationopeusarvon omaavalla räjähdysaineella suoritettuja räjäytyksiä pitäen muut parametrit vakioina. Toinen räjäytyssarja suoritettiin samalla tavalla, mutta vain sytytyksen sijainti vaihteli. Seuranneet kallion tärinät mitattiin kolmiaksiaalisilla geofoneilla. Tulokset analysoitiin sen selvittämiseksi, että vaikuttiko kumpikaan muuttuva räjäytysparametri tärinän taajuuteen. Tämän lisäksi työ sisältää kirjallisuustutkimuksen, jonka tarkoituksena on tarkastella kuinka eri maiden kansalliset säännöstöt ottavat tärinän taajuuden huomioon asetetuissa tärinöiden raja-arvoissa. Tulosten analyysin perusteella korkeamman räjähdysnopeuden omaavat räjähteet vaikuttivat aiheuttavan hieman korkeamman keskitaajuuden omaavaa tärinää, mutta vaikutus on hyvin pientä. Tutkimus ei löytänyt mitään riippuvuutta tärinän taajuussisällön ja sytytyksen sijainnin välillä, mutta havaintoon saattaa vaikuttaa osittain epäonnistunut koe. Lopullinen päätelmä asian suhteen vaatisi parannellun kokeen. Kirjallisuustutkimuksen perusteella tärinän taajuus otetaan yleisesti huomioon kansallisissa säännöksissä ja sen takia olisi riskinhallinnan kannalta hyödyllistä löytää keinoja kontrolloida sitä.Description
Supervisor
Rinne, MikaelThesis advisor
Hänninen, TuomoKeywords
blast induced vibration, vibration frequency, velocity of detonation, location of initiation, seismic damage, vibration limit