2.3. Xây dựng phương pháp phân tích dữ liệu nhằm xác định vận tốc lan truyền
2.3.3. Xây dựng quy trình và thuật tốn phân tích
Trong thực tế, các vụ nổ mìn vi sai được chia thành nhiều nhóm nổ, sơ đồ bố trí mạng nổ theo nhiều kiểu khác nhau, nên sóng chấn động lan truyền ra xung quanh là một tổ hợp rất phức tạp từ nhiều điểm nổ. Năng lượng từ các điểm nổ tương tác với nhau, nên tại điểm đo, có thể xuất hiện những đỉnh sóng cao hơn bình thường, có thể có những đỉnh sóng bị triệt tiêu hoặc có những đỉnh sóng khơng ứng với đợt nổ nào cả. Tất cả các trường hợp mất đỉnh sóng và đỉnh sóng khơng tương ứng được gọi là nhiễu trong phân tích dữ liệu. Loại bỏ được những thơng tin nhiễu này, kết quả phân tích sẽ chính xác hơn.
Theo đó, các vị trí lỗ khoan tương ứng là các điểm nổ trong một bãi nổ thường có khoảng cách đều nhau, vì thế phân tích sơ đồ vi sai của vụ nổ có thể giúp xác định quy luật khởi nổ của các điểm nổ với những chu kỳ thời gian nhất định. Đồng thời, vì vận tốc lan truyền sóng chấn động là như nhau nên các đỉnh sóng thu được tại điểm đo có thể xuất hiện quanh những dải tần số tương ứng với chu kỳ thời gian kích nổ. Lựa chọn các đỉnh sóng tương ứng với những miền tần số phân tích được sẽ giúp loại bỏ phần lớn các giá trị nhiễu có trong dữ liệu, đồng thời tạo nên quy trình phân tích cụ thể, tường minh và khoa học hơn. Mặc dù vậy, chưa thể khẳng định rằng, các giá trị nhiễu đã được loại bỏ hoàn toàn.
Do thiết bị đo chỉ bắt đầu ghi dữ liệu khi nhận thấy mức chấn động vượt quá giá trị giới hạn nhỏ nhất đặt trước nhằm loại bỏ các rung động nhiễu từ các nguyên nhân khác. Vì thế, có thể coi thời điểm 0 của dữ liệu chấn động ghi được tương ứng với điểm nổ đầu tiên của vụ nổ. Đó là mốc thời gian bắt đầu để xác định các chu kỳ tương ứng với chu kỳ kích nổ tại khu vực nổ.
Chấp nhận những thành phần tạo nên sai số còn lại, nghiên cứu thực hiện phân tích dữ liệu sóng chấn động từ các vụ nổ mìn vi sai. Nguyên tắc và quy trình phân tích trải qua 7 bước trước khi đưa ra giá trị trung bình ứng với vụ nổ, nó được mơ tả gắn gọn trên Hình 2.8. Trên cơ sở dữ liệu đo, quy trình phân tích được thực hiện trên nền tảng phần mềm Matlab 2013. Chi tiết các bước được diễn tả như sau :
Bước 1 : Chuẩn bị bộ dữ liệu về sóng chấn động mơ tả vận tốc dao động của phần
tử đất đá tại điểm đo. Bộ dữ liệu này được trích xuất ra từ dữ liệu lưu trữ tại máy đo Blastmate III bằng phần mềm Blastware10.72. Mỗi bộ dữ liệu tương ứng với kết quả đo của một vụ nổ. Tập hợp, thống kê kiểu sơ đồ vi sai được sử dụng trong các vụ nổ tương ứng với các bộ dữ liệu sóng chấn động đã có.
Bước 2 : Phân tích sơ đồ vi sai để các định quy luật thực hiện kích nổ với từng
nhóm nổ. Trên cơ sở đó, xác định các miền tần số ( các thời điểm ) tương ứng có thể xuất hiện các đỉnh sóng chấn động.
Xác định khoảng thời gian giữa các đỉnh theo từng nhóm tương ứng Lựa chọn, tập hợp nhóm các đỉnh sóng thuộc các miền tần số đã xác đinh
Đồng bộ các khoảng thời gian giữa các đỉnh sóng với khoảng thời gian vi sai tương ứng
Phân tích sơ đồ vi sai để xác định quy luật kích nổ, các miền tần số ứng với các đỉnh sóng có thể xảy ra
Nội suy, xác định vận tốc lan truyền sóng chấn động từ các khoảng thời gian này và khoảng cách giữa các hàng, các lỗ khoan
Xác định vận tốc trung bình, đưa ra kết quả
Tập hợp dữ liệu sóng chấn động mơ tả vận tốc dao động hạt đất đá, Và sơ đồ vi sai của vụ nổ
Hình 2.8 Quy trình phân tích dữ liệu sóng chấn động nổ mìn
Bước 3 -> Bước 4: Lựa chọn, tập hợp nhóm các đỉnh sóng có biên độ lớn nhất thuộc
các miền tần số đã xác định được ở Bước 2. Từ đó xác định khoảng thời gian giữa các đỉnh. Một thuật toán được xây dựng nhằm thực hiện hai bước này và đưa ra bảng liệt kê kết quả thu được. Dữ liệu đầu vào của thuật tốn là bộ dữ liệu sóng chấn động và các miền tần số giới hạn. Kết quả của thuật toán là các thời điểm xảy ra các đỉnh sóng cùng biên độ tương ứng của đỉnh đó và khoảng thời gian giữa các đỉnh sóng trong cùng một nhóm. Đỉnh sóng được lựa chọn là đỉnh cao nhất thuộc miền tần số (vùng thời gian) đã giới hạn. Thuật toán lựa chọn và sắp xếp này được mô tả trên Hình 2.9.
Bước 5 : Đồng bộ các khoảng thời gian xác định được ở bước 3 và bước 4 với các
n = Số phần tử
f = Miền tần số cần tìm, T=1/f = Chu kỳ lấy mẫu để xét T0 = Thời điểm bắt đầu xét
S = số mẫu đo trong 1 giây
Q[t] = mảng chứa thời điểm xuất hiện đỉnh sóng Vref = T.S (vị trí cần tìm đỉnh sóng)
Bắt đầu
Kết thúc Cập nhật bộ dữ liệu mới
gọi là mảng M[n]
i = Sta (giá trị đầu của biến chạy)
Giá trị đỉnh Max = 0; Thời điểm có đỉnh sóng Vt=i; Lấy trị tuyệt đối của các phần tử: M[n] = M[|n|]
i < Sto Đ S M[i] > Max Đ S Vt=i i= i+1 t = Vt.(1/S) SL_P= SL_P+1 Q[SL_P-1]=V(Max,t)
Sta = Vref – 0.05.S; Sto = Vref +0.05.S; (Khoảng lân cận để tìm đỉnh sóng ) SL_P=0 (số lượng đỉnh tìm được)
Đ S Vref < n
DeltaT[j]=Q[j+1]-Q[j] (Mảng chứa các khoảng thời
gian giữa các đỉnh sóng)
j=j+1
j < SL_P Đ S
j=j+1
Hình 2.9 Thuật tốn xác định vị trí các đỉnh sóng cao nhất và khoảng thời gian giữa chúng
Bước 6 : Áp dụng phương pháp tính nội suy được mơ tả trong Hình 2.7. Sai lệch
giữa thời gian vi sai với các khoảng thời gian xác định được từ bước 4 được coi là khoảng thời gian sóng chấn động lan truyền từ lỗ khoan này sang lỗ khoan khác. Từ đó, những giá trị tương đối về vận tốc trong từng trường hợp được xác định.
Bước 7 : Xác định giá trị trung bình của tập giá trị đã xác định được tử bước 6.
Kết quả này tạm gọi là vận tốc lan truyền trung bình của sóng ứng suất - chấn động ở khu vực nghiên cứu.
Dữ liệu mô tả rung động của hạt đất đá được thể hiện trên 3 phương ứng với 3 chiều không gian: dọc, đứng và ngang tương ứng của hệ trục LVT (Hình 1.4). Trong đó, hướng đo theo trục L có phương thẳng từ điểm đo về điểm nổ là phương chính để đo thành phần sóng dọc ( sóng nén – sóng P) trong các thành phần của sóng chấn động. Sóng P là sóng chính gây nên sự phá vỡ đất đá [25][26][66]. Để có thêm những hướng quan sát nhằm đánh giá được tốt hơn, các bước 3 - 4 được thực hiện theo 2 kiểu lựa chọn dữ liệu đầu vào khác nhau gồm :
- Kiểu 1 : Chỉ sử dụng kết quả tính từ dữ liệu sóng dọc (dữ liệu thuộc trục L). - Kiểu 2 : Sử dụng kết quả tính từ dữ liệu rung động tổng hợp của 3 phương
theo công thức 2 2 2
PPV L V T .