總藥量對爆破振動信號頻帶能量分布的影響

汪令輝,孫 浩

(安徽銅都銅業股份有限公司冬瓜山銅礦, 安徽銅陵市 244000)

總藥量對爆破振動信號頻帶能量分布的影響

汪令輝,孫 浩

(安徽銅都銅業股份有限公司冬瓜山銅礦, 安徽銅陵市 244000)

頻帶能量是衡量爆破振動危害的一個重要指標,基于小波包分析技術,對爆破振動信號進行分析,得出不同總藥量對爆破振動信號頻帶能量分布也有較大影響,爆破振動強度不僅僅取決于最大段藥量等結論。其中,爆破主振頻帶隨總藥量增加向低頻發展的趨勢對控制采場安全作業有重要意義。

爆破規模;爆破振動;頻帶能量

爆破振動是采礦作業中的重大難題,小波包分析技術能夠通過分析爆破振動信號各頻帶的能量確定危害的主要頻段,從而有利于控制爆破振動危害。

1 爆破振動信號小波包分解

非平穩信號的小波包分析是在小波變換基礎上發展起來的,從小波包分析原理可知,它能對小波分析中沒有細分的高頻部分進一步分解,因而能夠對信號的局部信息進行更為精細的掌握。因此,用小波包分析技術對爆破振動信號的頻率成分進行特征研究引起了眾多研究者的廣泛關注[1,2]。

對信號進行小波包分析時,首先必須確定小波包分解的深度(即層數)。任何記錄儀都存在最小工作頻率問題,超出最小工作頻率范圍的這部分信號已不能真實代表原始信號(嚴重失真),因此,爆破振動信號小波包分解的層數視具體信號及采用的爆破振動分析儀的工作頻帶而定。本論文中所采用的爆破振動記錄儀的最小工作頻率為 5 Hz,記錄儀的采樣頻率設置為 10 kHz(采樣頻率一般應高于被采信號的高頻段 10倍以上才能保證所描繪的波形不至于失真),根據香農(shannon)采樣定理[3],則其奈奎斯特頻率為 5000 Hz。因此,根據小波包分解原理,可以將分析信號分解到第 10層,共有 210=1024個小波包,這樣原信號在整個頻域被劃分為1024個子頻帶,每個子頻帶寬為 4.883 Hz(5000/1024 Hz),對應的最低頻帶為 0～4.883 Hz。

2 爆破振動信號的選取

在分析總藥量對爆破振動信號頻帶能量分布的影響時,必須排除最大段藥量、測點到爆心距離以及其它場地條件的干擾。為此,選取符合要求的不同炮次的 3條信號作為被分析信號(見表1。)

表1 被分析信號的爆破條件

3 總藥量對頻帶能量的影響

基于小波包分析理論,對選區信號進行分析得出頂板爆破振動信號不同頻帶能量百分比(見表2,圖1～圖3)。表中可以清晰反應各頻帶能量特征,從而顯示爆破振動的特征參量。

圖1 1213-110(頂板)振動信號及頻帶能量分布

圖2 1227-110(頂板)振動信號及頻帶能量分布

圖3 0113-257(頂板)振動信號及頻帶能量分布

表2 頂板振動信號不同頻帶的能量百分比

4 結論

從圖1～圖3可以看出,總藥量對爆破振動信號頻帶能量分布的影響具有以下特點:

(1)在其他參數基本相同的前提下,隨著總藥量的增加,爆破振動信號主振頻帶所攜帶的能量有所增加,表明炸藥總量(爆破規模)對爆破振動強度也有較大影響,爆破振動強度不僅僅取決于最大段藥量;

(2)隨著總藥量的增加,中低頻信號成分所占能量比重增加,爆破振動信號的主振頻帶有往低頻發展的趨勢。由于工程結構體的自振頻率往往較低,因此相同段藥量的爆破所引起的振動強度隨總藥量的增加而增強。這一點再次表明炸藥總量(爆破規模)對爆破振動的強度也有較大影響。

[1] 宋光明,等.爆破條件對爆破振動信號分析中小波包時頻特征的影響[J].工程爆破,2002,8(3):5～11.

[2] 林大超,施惠基,白春華,等.爆破振動時頻分布的小波包分析[J].工程爆破,2002,8(2):l～5.

[3] 鄒云屏,李 瀟.信號變換與處理[M].武漢:華中理工大學出版社,1993:8～12.

[4] 焦永斌,高賽紅,鄧 飛,等.260t級硐室爆破地震測試及降震分析[J].礦業研究與開發,2006,26(4).

[5] 郭學彬,張繼春,劉 泉,等.爆破振動對順層巖質邊坡穩定性的影響[J].礦業研究與開發,2006,26(2):77～80.

2009-08-10)

汪令輝(1974-),男,安徽安慶人,采礦工程師,主要從事采礦技術工作。