延時(shí)間隔對(duì)爆破振動(dòng)信號(hào)時(shí)頻特征的影響

崔雪姣，周建敏，趙明生，余紅兵，李 杰

(保利新聯(lián)爆破工程集團(tuán)有限公司，貴陽(yáng) 550000)

大量工程實(shí)踐表明，采用延時(shí)爆破能夠有效降低爆破振動(dòng)危害。而延時(shí)爆破的關(guān)鍵問題是延時(shí)間隔的合理選取，利用分段起爆的時(shí)間差使得各段爆破振動(dòng)產(chǎn)生干擾和疊加，從而達(dá)到降低爆破振動(dòng)的目的[1-3]。

國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者針對(duì)延時(shí)爆破的降振效果做了大量的研究。其中趙明生等[4-5]從時(shí)頻域的角度出發(fā)，研究了爆破振動(dòng)信號(hào)能量的分布規(guī)律，確定了合理的間隔時(shí)間。史曉鵬等[6]分析了毫秒延時(shí)爆破的降振機(jī)理，并在某鉛鋅礦生產(chǎn)爆破上進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明：當(dāng)延時(shí)間隔為50 ms時(shí)，可以通過爆破振動(dòng)的錯(cuò)峰疊加，達(dá)到平峰降振的效果。 宋光明等[7]利用小波包分析方法研究了不同段藥量、不同延時(shí)間隔對(duì)爆破振動(dòng)信號(hào)時(shí)頻分析的影響規(guī)律。邱賢陽(yáng)等[8]基于HHT分析方法研究了高精度短延時(shí)爆破干擾降振機(jī)理，并在紫金山金銅礦露天爆破工程上進(jìn)行了實(shí)踐，取得了良好的降振效果。

作者在貴州某石灰石露天礦爆破現(xiàn)場(chǎng)也進(jìn)行了延時(shí)控制爆破，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)獲取的25、42、65 ms不同延時(shí)間隔條件下的爆破振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行小波包分析，優(yōu)化選取了延時(shí)間隔，為優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)，確保邊坡爆破穩(wěn)定提供了依據(jù)。

1 爆破振動(dòng)測(cè)試

1.1 測(cè)試方案

1)測(cè)振儀器?，F(xiàn)場(chǎng)爆破振動(dòng)測(cè)試的測(cè)振儀器采用TC-4850測(cè)試儀。

2)振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置。在貴州某石灰石礦爆破現(xiàn)場(chǎng)沿邊坡的+15、+30、+45、+60 m臺(tái)階上分別布置測(cè)點(diǎn)，其中1～4分別表示不同高度的振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)(見圖1)。獲得了不同排間間隔時(shí)間(25、42、65 ms)條件下的爆破振動(dòng)數(shù)據(jù)(見表1)。

圖1 爆破振動(dòng)測(cè)點(diǎn)位置Fig.1 Location of blasting vibration measuring point

表1 爆破振動(dòng)峰值速度

1.2 測(cè)試結(jié)果分析

1)基本上，同一位置測(cè)點(diǎn)的爆破振動(dòng)水平徑向峰值振速大于垂直向峰值振速，以爆心距為30 m為例，25 ms的水平徑向峰值振速為10.23 cm/s，而垂直向峰值振速為9.86 cm/s。

2)25 ms的延時(shí)爆破時(shí)，當(dāng)爆心距從30 m增加到92 m時(shí)，其水平徑向爆破峰值振速由10.23 cm/s降低到1.96 cm/s，表明在相同延時(shí)間隔條件下，隨著爆心距的增加，其爆破峰值振速呈衰減趨勢(shì)。

3)在爆心距相同的情況下，隨著延時(shí)間隔的增加，其爆破峰值振速有較為明顯的減小。以爆心距為30 m為例，25 ms的水平徑向峰值振速為10.23 cm/s，42 ms次之，65 ms延時(shí)爆破的峰值振速最小為9.24 cm/s。

2 爆破振動(dòng)信號(hào)小波包分析

分別選取表1中爆心距為30 m，延時(shí)間隔為25、42、65 ms的爆破振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行MATLAB小波包分析，獲得不同爆破振動(dòng)信號(hào)在各個(gè)頻帶上的能量分布(見圖2)。

圖2 不同延時(shí)間隔的能量分布情況Fig.2 The energy distribution of different delay interval

0～125 Hz頻帶內(nèi)，各個(gè)頻帶能量分布的情況如表2所示。

表2 信號(hào)能量分布

由圖2、表2可知：

1)不同延時(shí)間隔條件下爆破振動(dòng)信號(hào)的能量主要集中在0～60 Hz之間，其能量占總能量的96%以上。表明爆破振動(dòng)信號(hào)能量主要集中在中低頻帶，但是不同頻帶中的能量占比略有差異。

2)隨著延時(shí)間隔時(shí)間由65 ms減小至25 ms，其0～15.6 Hz頻帶的能量從54.01%增加至93.33%，15.7～62.5 Hz頻帶的能量從45.61%減小至6.61%。表明隨著延時(shí)間隔的降低，其爆破振動(dòng)信號(hào)能量往低頻帶集中，而該頻帶非常接近邊坡的固有頻率，對(duì)邊坡穩(wěn)定性不利。

3 結(jié)語(yǔ)

1)不同延時(shí)間隔條件下爆破振動(dòng)信號(hào)的能量主要集中在0～60 Hz之間，其能量占到總能量的96%以上。隨著延時(shí)間隔的降低，其0～15.6 Hz頻帶的能量從54.01%增加至93.33%，15.7～62.5 Hz頻帶的能量從45.61%減小至6.61%。隨著延時(shí)間隔的降低，其爆破振動(dòng)信號(hào)能量往低頻帶集中，而該頻率非常接近邊坡的固有頻率，對(duì)邊坡穩(wěn)定性不利。

2)隨著爆心距從30 m增加到92 m，爆破峰值振速由10.23 cm/s降低到1.96 cm/s。在爆破參數(shù)條件相同的情況下，隨著延時(shí)間隔的增加，其爆破峰值振速有較為明顯的減小。

3)隨著數(shù)碼電子雷管的推廣運(yùn)用，使得延時(shí)間隔的精確控制成為現(xiàn)實(shí)。而利用小波包分析進(jìn)行延時(shí)間隔的優(yōu)化選擇不失為一種科學(xué)有效的技術(shù)手段。