Blog

Jun 22, 2023

Individuazione delle caratteristiche di vibrazione dell'esplosivo delle acque sotterranee

Scientific Reports volume 13, numero articolo: 13557 (2023) Cita questo articolo 218 Accessi Dettagli metriche La sabbiatura è ampiamente utilizzata nell'estrazione mineraria, nella metropolitana, nella demolizione e nei tunnel sigillati con acque sotterranee, tra

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13557 (2023) Citare questo articolo

218 accessi

Dettagli sulle metriche

La sabbiatura è ampiamente utilizzata nelle miniere, nelle metropolitane, nelle demolizioni e nei tunnel sigillati con acque sotterranee, tra cui quest'ultimo è ampiamente interessato a causa dei numerosi tunnel adiacenti, degli elevati requisiti anti-infiltrazioni, del rigoroso controllo della sabbiatura, ecc. L'identificazione delle caratteristiche della sabbiatura è di grande importanza per la costruzione dell’esplosione e per la valutazione della sicurezza del tunnel sigillato con le acque sotterranee. In considerazione del problema che i metodi convenzionali di identificazione delle caratteristiche sono meno esplorati nei tunnel sigillati con acque sotterranee, è stata proposta una decomposizione in modalità empirica dell'insieme complementare con rumore adattivo ed entropia di permutazione multiscala e metodo della trasformata di Hilbert-Huang (HHT). Quindi, il metodo proposto è stato verificato mediante la simulazione numerica e l'ingegneria del tunnel sigillato dalle acque sotterranee di Huangdao. I risultati mostrano che il metodo proposto può sopprimere l’aliasing modale e il rumore del segnale e identificare efficacemente le caratteristiche di brillamento del tunnel sigillato dalle acque sotterranee. Inoltre è stata riepilogata l'energia di vibrazione dell'esplosione che rappresenta il 94,7% nell'intervallo di frequenza da 0 a 200 Hz, il 72,5% da 0 a 50 Hz. Inoltre, lo stato di sicurezza di ciascun punto di monitoraggio è stato valutato tramite HHT ed è stata identificata la fattibilità della sabbiatura in millisecondi. Il metodo proposto può identificare in modo efficace le caratteristiche di vibrazione e lo stato di sicurezza del tunnel sigillato con le acque sotterranee dal punto di vista tempo-frequenza ed energia.

La sabbiatura, che è un mezzo di scavo economico ed efficace, è ampiamente utilizzata nel settore minerario, ferroviario, nei tunnel autostradali, nell'ingegneria idroelettrica, nei tunnel sigillati con le falde acquifere e nella demolizione di grattacieli urbani1,2,3. Lo stoccaggio in tunnel sigillati con acque sotterranee si riferisce a un sistema spaziale sotterraneo che utilizza il principio della sigillatura dell'acqua per immagazzinare energia petrolifera e gas, scavato in una certa profondità di roccia al di sotto di un livello stabile delle acque sotterranee. È conosciuto come un “serbatoio di riserva altamente strategico e sicuro” dall’industria globale ed è diventato il principale metodo di stoccaggio di energia come petrolio e gas liquefatto a livello internazionale. Il tunnel sigillato con acqua sotterranea si trova in un ambiente acquatico sotterraneo dinamico, con molte caverne adiacenti, elevati requisiti anti-infiltrazioni, rigoroso controllo delle esplosioni, ecc., che rendono la stabilità del tunnel e il controllo di sicurezza la base per la costruzione e il funzionamento sicuro. Durante l'esplosione e lo scavo, una parte dell'energia dell'esplosione viene utilizzata per rompere l'ammasso roccioso (deformare, distruggere, spostare e lanciare l'ammasso roccioso, ecc.) mentre si eseguono lavori sull'ammasso roccioso attorno al foro di esplosione. Nel frattempo, un'altra parte dell'energia verrà propagata dinamicamente all'ammasso roccioso sotto forma di onde sismiche esplosive, provocando vibrazioni e danni ai tunnel adiacenti e alle strutture di supporto4,5. La legge di propagazione, le caratteristiche della forma d'onda, le caratteristiche energetiche e la legge di attenuazione delle onde sismiche di esplosione nel mezzo possono essere rivelate monitorando, estraendo e analizzando le informazioni nel segnale di vibrazione di esplosione e studiando lo spettro di frequenza e le caratteristiche di distribuzione dell'energia del segnale di vibrazione di esplosione6 ,7,8. L'analisi e la valutazione delle vibrazioni dell'esplosione sono di grande importanza per l'effetto qualitativo della costruzione dell'esplosione e per la sicurezza e la stabilità dei tunnel adiacenti9. Tuttavia, i metodi tradizionali di identificazione delle caratteristiche vengono applicati principalmente a tunnel comuni, miniere e scavi su pendii, che sono meno comunemente studiati nei tunnel sigillati con acque sotterranee. Pertanto, è necessario studiare l'identificazione delle caratteristiche di brillamento per i tunnel sigillati con acque sotterranee.

Il segnale di vibrazione complessivo dell'esplosione presenta caratteristiche non stazionarie e non lineari dovute all'influenza di alcuni fattori, come l'ambiente complesso, l'interferenza elettromagnetica e gli errori dello strumento di monitoraggio10. Alcuni studiosi utilizzano determinate tecniche di analisi tempo-frequenza corrente per identificare e analizzare il segnale. La trasformata veloce di Fourier (FFT) converte il segnale dall'intero dominio del tempo al dominio della frequenza, analizza le caratteristiche di cambiamento dinamico e di attenuazione dell'energia delle onde sismiche esplosive con il tempo e la frequenza istantanea e distingue diversi tipi di forme d'onda11. L'analisi wavelet può realizzare analisi tempo-frequenza, analisi multi-banda e analisi delle caratteristiche della distribuzione dell'energia e identificare le caratteristiche della distribuzione dell'energia delle onde sismiche con più bande di frequenza rispetto ai metodi precedenti, che possono essere analizzati solo da un singolo elemento, come il ampiezza, frequenza e durata delle onde di vibrazione dell'esplosione12. La decomposizione empirica della modalità (EMD) proposta da Huang et al.13 può eseguire una decomposizione adattiva multistrato per le caratteristiche dei segnali non stazionari e non lineari e ottenere la funzione della modalità intrinseca (IMF)14, che contiene diverse scale temporali caratteristiche e ha il proprio significato fisico in grado di evidenziare le caratteristiche locali del segnale ed eseguire analisi multi-risoluzione15. I metodi EMD d'insieme (EEMD) e EEMD complementare (CEEMD) vengono migliorati sulla base dell'EMD aggiungendo rumore bianco gaussiano. Questi metodi dividono il segnale originale in componenti di scale diverse nello spazio tempo-frequenza, sono tutti metodi di analisi dei dati adattivi e assistiti dal rumore16, possono risolvere il problema dell'aliasing modale in una certa misura e realizzare la decomposizione adattiva e l'estrazione delle caratteristiche tempo-frequenza di segnali non stazionari17. Il CEEMD con rumore adattivo (CEEMDAN), anch'esso migliorato sulla base dell'EMD aggiungendo adattivamente rumore bianco, riduce il fenomeno dell'aliasing modale, supera il problema dell'errore di ricostruzione e può ricostruire accuratamente il segnale originale18.