金堆城露天矿生产爆破合理微差时间的探讨.pdf

第2 7 卷第1 期 2 0 1 0 年3 月 爆破 B L A S T I N G V o l - 2 7N o ．1 M a r ．2 0 1 0 D O I 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 4 8 7 X ．2 0 1 0 ．0 1 ．0 2 6 金堆城露天矿生产爆破合理微差时间的探讨 叶海旺1 ，石文杰1 ，王二猛2 ，李静1 1 ．武汉理工大学资源与环境工程学院，武汉4 3 0 0 7 0 ；2 ．辽宁科技学院资源与建筑T 程系，本溪1 1 7 0 2 2 摘要基于金堆城钼业公司现场的爆破振动试验的实测数据，利用小波分析技术，对不同微差间隔以及 相同微差间隔不同爆心距的振动信号进行能量分析，获得了2 种情况下爆破振动信号频带的能量分布规律， 从能量的角度探索了适合金堆城露天矿生产爆破的合理微差时间，达到降低爆破振动的目的。 关键词爆破振动；微差时间；小波分析；能量分布 中图分类号T D 2 3 5 ．1 文献标识码A文章编号1 0 0 1 4 8 7 x 2 0 1 0 0 1 - 0 0 9 6 - 0 3 R e s e a r c ho fR e a s o n a b l eD e l a yI n t e r v a l si nJ i n d u i c h e n gO p e n - p i tM i n e Y EH a i ．w a n 9 1 ，S H IW e n - f i e l ，W A N GE r ．m e n 9 2 ，L ／J ／n 9 1 I ．S c h o o lo fR e s o u r c e sa n dE n v i r o n m e n t a lE n g i n e e r i n g ，W u h a nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y ， W u h a n4 3 0 0 7 0 ，C h i n a ；2 ．D e p a r t m e n to fR e s o u r c e sa n dC o n s t r u c t i o nE n g i n e e r i n g ，L i a o n i n g I n s t i t u t eo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，B e n x i1 17 0 2 2 ，C h i n a A b s t r a c t B a s e do nt h em o n i t o r e dd a t ao fb l a s t i n gv i b r a t i o no ns i t et e s t si nJ i n d u i e h e n gm o l y b d e n u mc o m p a n y a n dw a v e l e ta n a l y s i st e c h n i q u e ，t h eb l a s t i n gv i b r a t i o ns i g n a l so fd i f f e r e n ti n t e r v a l sa n dd i f f e r e n td i s t a n c et ob l a s t S o u r c ew i t hs a m ei n t e m a lw e l em a d ee n e r g ya n a l y s i s ．T h ee n e r g yd i s t r i b u t i o nl a wo fb l a s t i n gv i b r a t i o ns i g n a l si nt h e t w od i f f e r e n ts i t u a t i o n sW a so b t a i n e da n dw ea l s os e a r c h e dt h er e a s o n a b l ed i f f e r e n t i a li n t e r v a l sf r o mt h ee n e r g yp o i n t i nJ i n d u i c h e n go p e n p i tm i n ea n dr e a c h e dt h ea i mo fr e d u c i n gb l a s t i n gv i b r a t i o n ． K e yw o r d s b l a s t i n gv i b r a t i o n ；d e l a yi n t e r v a l ；w a v e l e ta n a l y s i s ；e n e r g yd i s t r i b u t i o n O引言 爆破振动容易造成露天采场周围的建筑物、构 筑物开裂和倒塌，影响周围居民的生活，激化矿地之 问的矛盾，妨碍矿山的正常生产。在临近露天边坡 爆破时，爆破振动过大还可能导致边坡滑落，以致影 响生产或造成重大人身伤害及设备事故，因此，如何 降低爆破振动成为矿山必须密切关注的安全问 题⋯。在金堆城露天矿生产爆破现有条件下进行 现场试验，利用小波分析技术，对不同微差试验以及 相同微差间隔不同爆心距的爆破振动信号进行能量 收稿日期2 0 0 9 1 l 1 3 作者简介叶海旺 1 9 7 1 一 ，男，副教授，博士，研究方向爆破与岩 土工程理论，E - m a i l y e h a i w a n g ．3 6 9 h o t m a i l ．c o m 。 分析，研究适合金堆城露天矿生产爆破的合理微差 时间，达到降低爆破振动的目的。 1 爆破振动信号的小波分析 1 ．1 爆破振动信号的小波分解 小波变换对高频信号具有较高的时间分辨率和 较低的频率分辨率；对低频信号具有较高的频率分 辨率和较低的时间分辨率。小波变换的特性满足了 对爆破振动信号这种多刻度特征信号进行时频定位 的要求，适合于爆破振动信号的分析。小波分析得 到的信号的频带是按指数等间隔划分的，若设被分 析信号的频率范围为 O ，形 ，则其经1 层分解后被 分成低频口l 0 ，形／2 和高频d l W ／2 ，W 两部分； 第2 层小波分解则是对第1 层分解后的低频部分 万方数据 第2 7 卷第1 期叶海旺，石文杰，王二猛，等金堆城露天矿生产爆破合理微差时间的探讨9 7 a l 0 ，W ／2 进行进一步分解，得到低频a 2 0 ，W ／4 和高频沈 W ／4 ，W ／2 两部分；以此类推，分解n 次 尺度为n 即可得到n 层的小波分解结果。小波分 析以严密的数学理论和数值计算方法为基础，相关 的数学原理不在赘述[ 2 ．3 】。 1 ．2 不同频带的能量分析 信号进行小波分析时，分解的层数视具体信号 及采用的爆破振动记录仪的工作频带而定。采用成 都中科E X P 4 8 5 0 进行现场测试，爆破振动记录仪的 最小工作频率为IH z ，由于爆破地振信号的频率一 般在2 0 0 H z 以下，根据采样定理，信号的采样频率 设20 0 0H z ，则其奈奎斯特频率为10 0 0H z 。因此， 可以将信号用d b 8 小波基分解到第7 层，得到8 个 频带【4 引。分别为0 7 ．8 1 25H z 、7 ．8 1 25 1 5 ．6 2 5 H z 、1 5 ．6 2 5 3 1 ．2 5H z 、3 1 ．2 5 6 2 ．5H z 、6 2 ．5 1 2 5 H z 、1 2 5 2 5 0H z 、2 5 0 ～5 0 0H z 、5 0 0 1 0 0 0H z 。 将被分析信号分解到第n 层，设S ，对应的能量 为易，则有 r m 与 Js 如 l2 d t ∑k 2 1 ’ k l 式中，置．I - 『 0 ，1 ，2 ，⋯，2 n 一1 ；k 1 ，2 ，⋯，m ；m 为 信号的离散采样点数 表示重构信号S i 的离散点的 幅值。设分析信号的总能量为晶，则有 E o ∑弓 2 』 1 各频带的相对能量分布 日 E ／E o 1 0 0 ％ 3 2 微差间隔对爆破振动信号能量分布 的影响 2 ．1 爆破振动的现场试验 选取在金堆城钼业公司露天矿南露天的1 3 4 4 平 盘进行现场试验，该平盘主要以燕山时期的花岗斑岩 为主，岩石的普氏系数为8 一l O ，岩石的完整性好，岩 性完全相同，选择该平盘有利于排除测试场地地质状 况差异的影响。为了研究不同微差间隔下爆破振动 信号的能量分布，需排除爆心距和最大段药量影响， 故选取孑L 径为2 5 0m m 、孔距为9m 、孑L 深为1 3m 、堵 塞长度为6m 、装药量相同的2 孑L 进行振动测试试验， 测点布置在2 孔连线的中垂线上且到2 孔连线的距 离相等，其测点布置图见图l 。金堆城露天矿生产爆 破使用奥瑞凯 威海 爆破器材有限公司提供的塑料 导爆管雷管，根据目前使用的爆破器材选取不同的微 差间隔进行爆破振动测试试验，其爆破振动数据的爆 破参数和监测参量见表1 ，爆破振动试验信号见图2 一图3 。从表1 、图2 一图3 可见，爆心距相同条件下， 不同微差间隔的振速峰值相差不大，需从能量的角度 对信号进行进～步的分析。 炮孔 图1测点平面布置示意图 单位m 表1 爆破振动数据的爆破参数和监测参量 数据编号墨 数据编号是数据编8 S , 图23 0m 爆心距实测信号 2 。2 不同微差下爆破振动信号的能量分布 根据式 1 一式 3 基于M a t l a b 小波分析工具 箱的平台，利用现代信号的分析处理方法，编制计算 万方数据 9 8爆破2 0 1 0 年3 月 程序，这样便可计算出图2 一图3 的各信号在不同 频带的能量分布，为便于比较，将各信号的不同频带 能量占该信号总能量的百分百统计于表2 。 ，、2 7 I 茸0 3 X - 2 ，、2 7 _ 蛊0 3 j - 2 ，、2 7 I 昌0 3 j - 2 数据编号是数据编号墨 数据编号数据编g L S , 一 图35 0 m 爆心距实测信号 由表2 可见 I 2 5m s 、4 2m s 、6 5m s 、1 0 0m s4 种工况下0 2 5 0H z 间的能量3 0m 爆心距的爆破振动信号分别占 总能量的9 0 ．0 2 ％、8 8 ．8 8 ％、9 4 ．1 6 ％、9 2 ．3 4 ％，5 0m 爆心距的爆破振动信号分别占总能量的9 4 ．3 7 ％、 9 1 ．0 5 ％、9 7 ．0 8 ％、9 4 ．7 7 ％，表明爆破振动信号的能量 虽然在频域上分布广泛，但是能量主要集中在O 一2 5 0 H z 之间，高频部分能量所占比例较少。 2 随着爆心距的增加，振动速度峰值虽然降 低，但是信号的能量分布越来越集中在低频部分，由 于低频部分与露天矿采场周围的建 构 筑物以及 露天矿的边坡的固有频率接近，所以爆破振动的破 坏能力有可能加大。 3 3 0m 爆心距n ，一d ，频带的频带能量占总能 量的比例分别为6 1 ．1 7 ％、2 7 ．8 4 ％、7 0 ．2 4 ％、 2 9 ．9 3 ％，5 0m 爆心距n ，一易频带的频带能量占总 能量的比例分别为6 8 ．5 4 ％、3 1 ．4 4 ％、7 4 ．3 2 ％、 3 4 ．3 3 ％，由于此部分频率接近于露天矿采场周围的 建 构 筑物以及露天矿的边坡的固有频率，且随着 爆心距的增加此部分能量比例将增加，所以对于爆 破振动的控制应以控制其低频部分为主，故在露天 矿的生产爆破中应采取以低频部分能量所占总能量 比例较少的孔间4 2m s ，排间1 0 0m s 微差组合怕刁1 。 表2 不同爆破振动信号的频带能量分布 f 2 ] 3结论 一 在使用金堆城露天矿生产爆破的爆破器材下， 进行了不同微差间隔的2 孔爆破试验，探索性的采 用了小波分析方法对不同微差间隔下频带的能量分 布规律以及相同微差间隔不同爆心距下频带能量分 布规律进行研究，认为在目前的生产爆破使用器材 下。适合于金堆城露天矿降低爆破振动危害的合理 微差时间为孔间4 2m s ，排间1 0 0m s 。 参考文献 [ 1 ] 宋全峰．露天矿降低爆破振动的实践[ J ] ．山东冶金， 2 0 0 6 ，2 8 4 2 4 - 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