延時間隔對爆破振動信號時頻特征的影響

崔雪姣，周建敏，趙明生，余紅兵，李 杰

(保利新聯爆破工程集團有限公司，貴陽 550000)

大量工程實踐表明，采用延時爆破能夠有效降低爆破振動危害。而延時爆破的關鍵問題是延時間隔的合理選取，利用分段起爆的時間差使得各段爆破振動產生干擾和疊加，從而達到降低爆破振動的目的[1-3]。

國內外專家學者針對延時爆破的降振效果做了大量的研究。其中趙明生等[4-5]從時頻域的角度出發，研究了爆破振動信號能量的分布規律，確定了合理的間隔時間。史曉鵬等[6]分析了毫秒延時爆破的降振機理，并在某鉛鋅礦生產爆破上進行了試驗驗證，結果表明：當延時間隔為50 ms時，可以通過爆破振動的錯峰疊加，達到平峰降振的效果。 宋光明等[7]利用小波包分析方法研究了不同段藥量、不同延時間隔對爆破振動信號時頻分析的影響規律。邱賢陽等[8]基于HHT分析方法研究了高精度短延時爆破干擾降振機理，并在紫金山金銅礦露天爆破工程上進行了實踐，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場也進行了延時控制爆破，并對現場獲取的25、42、65 ms不同延時間隔條件下的爆破振動信號進行小波包分析，優化選取了延時間隔，為優化爆破設計，確保邊坡爆破穩定提供了依據。

1 爆破振動測試

1.1 測試方案

1)測振儀器。現場爆破振動測試的測振儀器采用TC-4850測試儀。

2)振動監測點布置。在貴州某石灰石礦爆破現場沿邊坡的+15、+30、+45、+60 m臺階上分別布置測點，其中1～4分別表示不同高度的振動監測點(見圖1)。獲得了不同排間間隔時間(25、42、65 ms)條件下的爆破振動數據(見表1)。

圖1 爆破振動測點位置Fig.1 Location of blasting vibration measuring point

表1 爆破振動峰值速度

1.2 測試結果分析

1)基本上，同一位置測點的爆破振動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的延時爆破時，當爆心距從30 m增加到92 m時，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。

3)在爆心距相同的情況下，隨著延時間隔的增加，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延時爆破的峰值振速最小為9.24 cm/s。

2 爆破振動信號小波包分析

分別選取表1中爆心距為30 m，延時間隔為25、42、65 ms的爆破振動信號進行MATLAB小波包分析，獲得不同爆破振動信號在各個頻帶上的能量分布(見圖2)。

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

0～125 Hz頻帶內，各個頻帶能量分布的情況如表2所示。

表2 信號能量分布

由圖2、表2可知：

1)不同延時間隔條件下爆破振動信號的能量主要集中在0～60 Hz之間，其能量占總能量的96%以上。表明爆破振動信號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)隨著延時間隔時間由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%。表明隨著延時間隔的降低，其爆破振動信號能量往低頻帶集中，而該頻帶非常接近邊坡的固有頻率，對邊坡穩定性不利。

3 結語

1)不同延時間隔條件下爆破振動信號的能量主要集中在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%。隨著延時間隔的降低，其爆破振動信號能量往低頻帶集中，而該頻率非常接近邊坡的固有頻率，對邊坡穩定性不利。

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。在爆破參數條件相同的情況下，隨著延時間隔的增加，其爆破峰值振速有較為明顯的減小。

3)隨著數碼電子雷管的推廣運用，使得延時間隔的精確控制成為現實。而利用小波包分析進行延時間隔的優化選擇不失為一種科學有效的技術手段。