基于波形分析的盲炮識(shí)別技術(shù)研究

曾國(guó)興 苑笑然 王漢軍 王志 翟俊杰

【摘 要】采用傅里葉分析對(duì)實(shí)測(cè)爆破振動(dòng)波形進(jìn)行變換，得到實(shí)測(cè)波形的主頻，根據(jù)主頻的數(shù)量確定實(shí)測(cè)波形是否有雜波;進(jìn)一步觀察實(shí)測(cè)爆破振動(dòng)波波峰出現(xiàn)時(shí)間，得到微差爆破各爆破波段的間隔時(shí)間，然后與實(shí)際爆破方案設(shè)計(jì)中設(shè)置的爆破微差時(shí)間比較;判斷實(shí)際起爆的微差時(shí)間與爆破設(shè)計(jì)的微差時(shí)間是否相一致，進(jìn)而判斷是否產(chǎn)生盲炮。

【關(guān)鍵詞】波形分析;微差時(shí)間;傅里葉分析;盲炮識(shí)別

【中圖分類(lèi)號(hào)】TU746.5 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2021）01-0035-03

0 引言

爆破工程中，由于各種原因造成的雷管未能起爆或者雷管起爆后炸藥未能完全爆炸的現(xiàn)象稱(chēng)為盲炮。盲炮的產(chǎn)生，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)或者發(fā)現(xiàn)后處理不當(dāng)會(huì)造成很大的危害，目前發(fā)生的爆破事故中[1]，很大一部分是由于盲炮未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)或者處理不當(dāng)造成的。因此，及時(shí)發(fā)現(xiàn)盲炮并采取有效的措施處理盲炮，是十分重要的。目前的盲炮研究中[2]，更多的是研究對(duì)盲炮的處理，而對(duì)于盲炮檢測(cè)方面的研究較少。

周向良[2]系統(tǒng)地闡述了盲炮及其產(chǎn)生的原因，分析盲炮的預(yù)防與識(shí)別，并對(duì)盲炮的處理技術(shù)進(jìn)行探討。將盲炮產(chǎn)生原因分為爆破器材質(zhì)量問(wèn)題、爆破網(wǎng)路設(shè)計(jì)問(wèn)題、爆破施工問(wèn)題及爆破環(huán)境影響四大方面，并針對(duì)性地提出了盲炮的預(yù)防措施和處理措施。譚衛(wèi)華、溫健強(qiáng)、李戰(zhàn)軍[3]根據(jù)某采石場(chǎng)大規(guī)模釋放爆破過(guò)程中盲炮的處理過(guò)程，提出了避免臺(tái)階爆破大面積盲炮的措施。任艷民、池恩安、江云星[4]闡述了露天爆破過(guò)程中盲炮產(chǎn)生的原因及其危害，針對(duì)性地提出了預(yù)防和檢測(cè)、處理措施。潘玉忠、池恩安[5]等人，研究在貴州喀斯特地貌條件下進(jìn)行爆破，容易產(chǎn)生局部盲炮的原因，并針對(duì)性地提出了預(yù)防和處理盲炮的措施。

使用工業(yè)電子雷管爆破一旦出現(xiàn)盲炮，傳統(tǒng)盲炮檢測(cè)方法不便于檢測(cè)。鑒于工業(yè)電子雷管能夠使得微差爆破延時(shí)時(shí)間更加精準(zhǔn)，有利于波形分析，提出通過(guò)運(yùn)用波形檢測(cè)技術(shù)，探索出一種能夠檢測(cè)普通雷管和工業(yè)電子雷管盲炮的安全可靠的技術(shù)。

1 波形分析檢測(cè)盲炮技術(shù)

1.1 波形分析監(jiān)檢測(cè)盲炮的工作原理

現(xiàn)有的、普遍操作的盲炮處理方法主要是爆破后等待足夠的時(shí)間后，由技術(shù)人員進(jìn)入爆破區(qū)域檢查，通過(guò)對(duì)比正常爆破的效果，檢查是否存在盲炮。采用這種方式檢查盲炮，不僅存在安全隱患，而且在一些情況下不可操作，檢查的效果也沒(méi)有保障。波形分析檢測(cè)盲炮技術(shù)，是通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)到的爆破振動(dòng)波進(jìn)行觀察和分析，通過(guò)比較監(jiān)測(cè)到爆破振動(dòng)波的波峰之間時(shí)間差和實(shí)際微差時(shí)間進(jìn)行比較，兩者若高度相近則表示無(wú)盲炮;若時(shí)間差的差值與實(shí)際微差時(shí)間相差過(guò)大或者波峰數(shù)量與實(shí)際爆破的微差時(shí)間起爆段數(shù)不一致，則有可能產(chǎn)生盲炮。此方法的運(yùn)用尚有兩點(diǎn)需要完善。

一是爆破振動(dòng)波在傳播過(guò)程中可能差生疊加，導(dǎo)致某時(shí)刻的振動(dòng)為零，從而影響判斷結(jié)果;二是爆破振動(dòng)波在傳播過(guò)程中必然發(fā)生衰減，若測(cè)點(diǎn)與爆區(qū)距離較遠(yuǎn)，爆破振動(dòng)波衰減的幅度較大，則測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到的振動(dòng)波的振幅較小，與雜波的振幅無(wú)法進(jìn)行區(qū)分，影響判斷結(jié)果。

為解決這兩個(gè)難題，對(duì)爆破振動(dòng)波采用傅里葉分析并設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的監(jiān)測(cè)方案。

1.2 監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)及爆破振動(dòng)波傅里葉分析

為避免監(jiān)測(cè)點(diǎn)爆破振動(dòng)波在傳播過(guò)程中可能產(chǎn)生疊加造成影響，在布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，采用2臺(tái)以上爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器，多臺(tái)儀器與爆破中心呈直線分布，分析多臺(tái)儀器的波形數(shù)據(jù)，從而避免出現(xiàn)因波形疊加導(dǎo)致的誤判。

分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，先采用傅里葉分析，得到爆破振動(dòng)波的主頻分布，從頻譜圖中確定有無(wú)其他雜波干擾實(shí)際爆破振動(dòng)波而導(dǎo)致的誤判。

2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方案

為驗(yàn)證方案的可行性，在某采石場(chǎng)進(jìn)行爆破監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)。本次爆破實(shí)驗(yàn)共起爆27個(gè)孔，采用微差爆破方法起爆，炮孔深度為12 m，起爆雷管為15 m工業(yè)電子雷管，分8個(gè)段分別延期起爆，延期時(shí)間設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。爆破網(wǎng)路圖如圖1所示。本次實(shí)驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示。

本次實(shí)驗(yàn)采用2臺(tái)TC4850爆破振動(dòng)檢測(cè)儀監(jiān)測(cè)爆破振動(dòng)波，測(cè)點(diǎn)與爆區(qū)呈直線分布，測(cè)點(diǎn)1與爆區(qū)中心距離約102 m，測(cè)點(diǎn)2余爆區(qū)距離約123 m。各測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到的爆破振動(dòng)波如圖3所示。

2.2 爆破振動(dòng)波的傅里葉分析

為避免雜波多爆破振動(dòng)波的干擾，對(duì)監(jiān)測(cè)到的爆破振動(dòng)波采用傅里葉分析，得到振動(dòng)波的主頻，確定是否存在雜波干擾。對(duì)測(cè)點(diǎn)2的爆破振動(dòng)波進(jìn)行傅里葉分析，得到爆破振動(dòng)波的主頻分布如圖4所示。

根據(jù)圖4分析可知，測(cè)點(diǎn)2的爆破振動(dòng)主頻約7 Hz，屬于低頻。從圖4中的頻率分布可以得出以下兩點(diǎn)結(jié)論。

（1）測(cè)點(diǎn)2的爆破振動(dòng)波受雜波影響微小，振動(dòng)波主頻集中且只有一個(gè)，可以認(rèn)為基本不受雜散波的干擾。

（2）測(cè)點(diǎn)2爆破振動(dòng)主頻較低，原因是爆破產(chǎn)生的振動(dòng)波在傳播過(guò)程中衰減，高頻部分的衰減快于低頻部分，而測(cè)點(diǎn)2距離爆源較遠(yuǎn)，接收到的爆破振動(dòng)波為低頻爆破振動(dòng)波。

2.3 觀察分析爆破振動(dòng)波的波形識(shí)別盲炮

根據(jù)圖3，測(cè)點(diǎn)1和測(cè)點(diǎn)2實(shí)測(cè)的爆破振動(dòng)波形圖，可以直觀地觀察到各爆破微差時(shí)間間隔。從測(cè)點(diǎn)1的震動(dòng)波形圖中觀察可知，爆破波峰出現(xiàn)的時(shí)間約80 ms、130 ms、175 ms、225 ms、275 ms、320 ms、370 ms、415 ms。從測(cè)點(diǎn)2可知，爆破波峰出現(xiàn)時(shí)間約80 ms、130 ms、180 ms、230 ms、280 ms、330 ms。兩測(cè)點(diǎn)的波峰時(shí)間和實(shí)際的爆破設(shè)計(jì)的微差時(shí)間高度相似。具體對(duì)比見(jiàn)表2。

分析表2中的結(jié)果可知，測(cè)點(diǎn)1、側(cè)點(diǎn)2波峰間隔時(shí)間與實(shí)際爆破的微差時(shí)間高度相似。除此之外，爆破振動(dòng)波的傳播中，測(cè)點(diǎn)1的波峰出現(xiàn)時(shí)刻與實(shí)際爆破時(shí)間略有差異，差異體現(xiàn)在測(cè)點(diǎn)1的波峰時(shí)刻局部略早于實(shí)際起爆時(shí)間，其原因在于波形的疊加，上一段爆破產(chǎn)生的振動(dòng)波與本次爆破產(chǎn)生的振動(dòng)波出現(xiàn)一定程度的疊加，導(dǎo)致波峰時(shí)間提前出現(xiàn)。此外，測(cè)點(diǎn)2的波峰出現(xiàn)時(shí)刻，前6段較為明顯，后兩段不明顯，是爆破振動(dòng)波的衰減造成的，對(duì)比測(cè)點(diǎn)1和測(cè)點(diǎn)2的波形圖也可以看出，測(cè)點(diǎn)2的振幅略小于測(cè)點(diǎn)1。

綜合可知，本次實(shí)驗(yàn)爆破未出現(xiàn)盲炮。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）對(duì)實(shí)測(cè)的爆破振動(dòng)波進(jìn)行傅里葉分析，得到實(shí)測(cè)波的主頻分布情況，通過(guò)主頻數(shù)量判斷實(shí)測(cè)波是否受到雜散波的影響，是波形分析監(jiān)測(cè)盲炮的先決條件。

（2）經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，通過(guò)觀察實(shí)測(cè)爆破振動(dòng)波波峰出現(xiàn)時(shí)間，得到微差爆破各爆破波段的間隔時(shí)間，與實(shí)際爆破方案設(shè)計(jì)中設(shè)置的爆破微差時(shí)間比較，以此判斷是否出現(xiàn)盲炮是可行的。

（3）通過(guò)波形分析檢測(cè)盲炮在工程實(shí)踐中有一定的運(yùn)用價(jià)值，為工程人員提供了一個(gè)檢測(cè)盲炮的思路。此方法不能判斷微差爆破中同一時(shí)間段起爆的多個(gè)炮孔是否出現(xiàn)盲炮，具有一定的局限性。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]廖敏敏.露天深孔爆破盲炮檢測(cè)研究[D].南昌：江西理工大學(xué)，2016.

[2]周向良.爆破過(guò)程中盲炮處理技術(shù)研究[J].企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)，2016，35（18）：18-19.

[3]譚衛(wèi)華，溫健強(qiáng)，李戰(zhàn)軍.臺(tái)階爆破大面積盲炮處理[J].礦業(yè)工程，2010，8（5）：44-45.

[4]任艷民，池恩安，江云星.露天深孔爆破盲炮研究綜述[J].工程爆破，2013，19（5）：49-53.

[5]潘玉忠，池恩安，陳斌，等.復(fù)雜地層中深孔爆破盲炮產(chǎn)生的原因及預(yù)防措施[J].金屬礦山，2012（2）：27-29.