饒運(yùn)章，王 柳，張樹(shù)標(biāo)，饒 睿

（1．江西理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西 贛州 341000；2．贛州有色冶金研究所，江西 贛州 341000）

某鎢礦平巷掘進(jìn)微差爆破間隔時(shí)間識(shí)別

饒運(yùn)章1，王 柳1，張樹(shù)標(biāo)2，饒 睿2

（1．江西理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西 贛州 341000；2．贛州有色冶金研究所，江西 贛州 341000）

在平巷掘進(jìn)爆破中采用延時(shí)技術(shù)，合理設(shè)計(jì)微差時(shí)間可使炸藥能量得到充分分配和利用，達(dá)到最優(yōu)爆破效果。根據(jù)某鎢礦平巷掘進(jìn)采用50 ms微差爆破的設(shè)計(jì)，應(yīng)用Blastmate III型爆破測(cè)振儀對(duì)爆破進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在此基礎(chǔ)上，依據(jù)雷管引爆炸藥激起能量密度突變?cè)?，選取db8作為小波基，借助Matlab完成了3～10小波變換尺度積分求取的時(shí)-能密度進(jìn)行微差爆破延時(shí)識(shí)別，結(jié)果表明，相鄰段別雷管的延時(shí)時(shí)間依次為0 ms、46．39 ms、50．78 ms、57．13 ms，符合平巷掘進(jìn)50 ms微差延時(shí)爆破要求，雷管性能穩(wěn)定可靠。該方法可應(yīng)用于平巷掘進(jìn)中的毫秒微差雷管的可靠性識(shí)別。

平巷掘進(jìn)；微差爆破；小波時(shí)-能密度；延時(shí)識(shí)別

0 引言

在地下礦山，囿于井下自由面和起爆空間，礦巖夾制作用大，平巷掘進(jìn)爆破是一項(xiàng)復(fù)雜工藝[1]。早期，人們將露天爆破經(jīng)驗(yàn)引入井下，把25 ms微差延時(shí)爆破用于平巷掘進(jìn)，實(shí)踐表明，掏槽孔巖石破碎和拋擲不完全，后續(xù)爆破受影響，巷道斷面形狀小，需人工二次刷幫[2]。近年來(lái)，宗琦、劉積銘、徐穎等[3-5]通過(guò)理論計(jì)算和試驗(yàn)研究，得出延時(shí)時(shí)間增加到50 ms后，掏槽腔體空間大，為后續(xù)爆破創(chuàng)造了有利條件，巷道斷面完整，爆破效果好?？梢?jiàn)，合理微差時(shí)間可使炸藥能量得到充分分配和利用，達(dá)到最優(yōu)爆破效果。然而，傳統(tǒng)毫秒微差雷管存在一定誤差和合格率問(wèn)題，相鄰段別雷管甚至出現(xiàn)“跳段”現(xiàn)象[6-8]，因此，確保雷管延時(shí)的準(zhǔn)確性和可靠性是微差爆破實(shí)施的前提。某鎢礦平巷掘進(jìn)采用50 ms微差爆破，為了解雷管特性，對(duì)平巷掘進(jìn)爆破進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采用小波時(shí)-能密度法進(jìn)行微差雷管延時(shí)識(shí)別。

1 平巷掘進(jìn)概況

某鎢礦為黑鎢—石英脈礦體，產(chǎn)出于花崗巖，為典型的氣成-高溫?zé)嵋旱V床。礦巖普氏系數(shù)均為12-15，巖體完整，平巷掘進(jìn)采用梅花形掏槽方式（見(jiàn)圖1），標(biāo)號(hào)1的掏槽孔起爆后，形成掏槽腔體，而后，標(biāo)號(hào)2、3的輔助孔和標(biāo)號(hào)4的周邊孔依次以50 ms延時(shí)起爆，形成最終巷道斷面。

圖1 平巷掘進(jìn)炮孔布置Fig.1 Hole layout for drift excavating blast

2 平巷掘進(jìn)爆破監(jiān)測(cè)

由于平巷掘進(jìn)是50 ms微差間隔起爆，各段雷管延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短決定了炸藥的起爆時(shí)刻，如果雷管性能不可靠，將造成前段爆破巖石破碎和拋擲不完全，后續(xù)爆破起爆空間受限、進(jìn)展不順利等問(wèn)題。

為此，在距離平巷掘進(jìn)掌子面50．8 m和63．79 m處布置了2臺(tái)Blastmate III型爆破測(cè)振儀，對(duì)平巷掘進(jìn)爆破進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并在此基礎(chǔ)上應(yīng)用小波時(shí)-能密度技術(shù)識(shí)別雷管的起爆時(shí)刻，計(jì)算雷管的延時(shí)時(shí)間。

測(cè)振儀設(shè)置參數(shù)如下：監(jiān)測(cè)時(shí)間3 s，傳感器觸發(fā)值0．51 mm/s，采樣率2 048。圖2是最好的一個(gè)信號(hào)，其波形清晰可見(jiàn)，明顯存在4段波形，也即對(duì)應(yīng)4個(gè)段別的雷管。

圖2 爆破震動(dòng)信號(hào)Fig.2 Blasting vibration signal

3 小波時(shí)-能密度

設(shè)Ψ（t）∈L2（R），L2（R）是能量有限的信號(hào)，其傅里葉變換為（ω），且滿足：

則稱Ψ（t）為小波基或母波，連續(xù)情況下，將其伸縮和平移，便可得到小波序列：

由于小波變換是一個(gè)能量守恒過(guò)程，根據(jù)內(nèi)積定理（Moyal定理）有：

式中：a、b為對(duì)應(yīng)尺度參數(shù)和位置參數(shù)。

對(duì)于任意能量有限的信號(hào)f（t），其小波變換系數(shù)為：

式中：

小波變換中，在尺度a已定的情況下，可以獲知頻率范圍，因此，式（6）給出了信號(hào)各個(gè)頻帶對(duì)應(yīng)的能量密度隨時(shí)間參數(shù)b的分布情況，稱為小波時(shí)-能密度函數(shù)。在處理爆破震動(dòng)信號(hào)時(shí)，只需改變積分上下限，便可獲取特定頻率范圍的能量密度。

假定微差爆破是一個(gè)整體系統(tǒng)，那么每段雷管的起爆就是一次能量的釋放，必然引起系統(tǒng)內(nèi)能量密度的變化，因此，將式（6）所表征的能量用圖形表示出來(lái)，尋找突峰點(diǎn)，便能求得各段雷管的起爆時(shí)刻，進(jìn)而求得雷管的延時(shí)時(shí)間[8]。

4 延時(shí)識(shí)別

小波變換的前提是選擇合適的小波基，饒運(yùn)章、中國(guó)生等[9-10]通過(guò)研究分析，認(rèn)為db系列和sym系列小波基處理爆破震動(dòng)信號(hào)較優(yōu)，本次小波時(shí)-能密度延時(shí)識(shí)別選取db8作為小波基。

小波變換的尺度a決定了所分析信號(hào)的頻率范圍，若按爆破震動(dòng)信號(hào)集中在0～200 Hz計(jì)算，小波時(shí)-能密度函數(shù)積分下限取為3、上限取為10，也即2～256 Hz范圍內(nèi)的能量，見(jiàn)圖3。

圖3 小波時(shí)-能密度Fig.3 Wavelet time-energy density

小波時(shí)-能密度圖中出現(xiàn)了四個(gè)明顯的突峰點(diǎn)（箭頭所指部位），分別對(duì)應(yīng)四段起爆雷管的起爆時(shí)刻，在時(shí)間采樣坐標(biāo)上分別是359、454、558、675，那么，按照采樣頻率2048計(jì)算，轉(zhuǎn)換成時(shí)間分別是175．29 ms、221．68 ms、272．46 ms、329．59 ms，如果將第一個(gè)突峰點(diǎn)作為最低段別雷管的起爆時(shí)刻，那么，接下來(lái)各段相鄰雷管的間隔時(shí)間依次是46．39 ms、50．78 ms、57．13 ms。可知，相鄰段別雷管間的延時(shí)時(shí)

間均在50 ms左右，符合平巷掘進(jìn)50 ms微差延時(shí)爆破要求，雷管準(zhǔn)確度高、可靠性好，可放心使用。

5 結(jié)論

（1）為確保微差爆破中雷管延時(shí)的準(zhǔn)確性和可靠性，可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采集的爆破震動(dòng)信號(hào)，應(yīng)用小波時(shí)-能密度方法進(jìn)行微差間隔時(shí)間識(shí)別。

（2）借助Matlab工具箱和小波時(shí)-能密度方法，對(duì)某鎢礦平巷掘進(jìn)50 ms微差爆破研究，得出相鄰段別雷管間隔時(shí)間依次為0 ms、46．39 ms、50．78 ms、57．13 ms，雷管性能穩(wěn)定、可靠，可用于該礦平巷掘進(jìn)50 ms微差延時(shí)爆破。

（3）采用小波時(shí)-能密度法對(duì)毫秒微差雷管可靠性的延時(shí)識(shí)別技術(shù)，為鎢礦平巷掘進(jìn)的微差爆破設(shè)計(jì)提供了有力保障。

[1] 解世?。饘俚V床地下開(kāi)采[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2008．

XIE Shi-jun．Underground mining of metallic deposit[M]．Beijing: Metallurgical Industry Press，2008．

[2] 曹光保，劉積銘．巖巷掘進(jìn)爆破微差時(shí)間研究 [J]．煤礦爆破，2000，（1）：1-4．

CAO Guang-bao，LIU Ji-ming．Study on rock excavation blasting time[J]．Coal mine blasting，2000，（1）：1-4．

[3]宗 琦，劉積銘，徐 穎．合理延遲時(shí)間的理論分析和試驗(yàn)研究[J]．中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，27（1）：86-89．

ZONG Qi，LIU Ji-ning，XU Ying．Theoretical analysis and experiment research on reasonable delay time of millisecong blasting[J]．Journal of China Univensity of Mining Science and Technology，1998，27（1）：86-89．

[4] 徐 穎，劉積銘．巖巷掘進(jìn)微差爆破技術(shù)試驗(yàn)研究[J]．中國(guó)礦業(yè)，1997，（33）：30-33．

XU Ying，LIU Ji-ming．Experimental research on millisecond delay blasting technique for rock drifting[J]．China Mining，1997，（33）：30-33．

[5] 凌同華，李夕兵．基于小波變換的時(shí)—能分布確定微差爆破的實(shí)際延遲時(shí)間[J]．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004，23（13）：2266-2270．

LING Tong-hua，LI Xi-bing．Time-energy analysis bases on wavelet transform for identifying real delay time in millisecond blasting[J]．Chinese journal of rock mechanics and engineering，2004，23（13）：2266-2270．

[6] 陳銀魯．爆破震動(dòng)信號(hào)的能量分析方法及其應(yīng)用研究[D]．杭州：浙江大學(xué)，2010．

[7] 管志強(qiáng)，張中雷，王林桂，等．復(fù)雜環(huán)境大區(qū)露天深孔臺(tái)階爆破技術(shù)在岙山油庫(kù)區(qū)開(kāi)挖中的應(yīng)用[J]．爆破，2011，28（2）：63-67．

GUAN Zhi-qiang，ZHANG Zhong-lei，WANG Lin-gui，et al．Application of large open deep hole bench blasying in aoshan oil reservoir excavation on complex environment[J]．Blasting，2011，28（2）：63-67．

[8] 李啟月，劉 高，黃治成，等．基于小波變換的時(shí)-能密度法的盲炮識(shí)別研究[J]．礦冶工程，2011，31（2）：1-4．

LI Qi-yue，LIU Gao，HUANG Zhi-cheng，et al．Study on misfire identification by time-energy density analysis based on wavelet transform[J]．mining and metallurgical engineering，2011，31（2）：1-4．

[9] 饒運(yùn)章，王 柳，黃蘇錦，等．某銅礦切割槽爆破震動(dòng)信號(hào)的HHT分析[J]．爆破，2014，31（3）：63-66．

RAO Yun-zhang，WANG Liu，HUANG SU-jin，et al．Blasting vibration analysis of cutting slot in copper mine based on HHT method[J]．Blasting，2014，31（3）：63-66．

[10]中國(guó)生．基于小波變換爆破震動(dòng)分析的應(yīng)用基礎(chǔ)研究[D]．長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2006．

Delay Time Identification of Drift Driving Millisecond Blasting in a Tungsten Ore

RAO Yun-zhang1,WANG Liu1,ZHANG Shu-biao2,RAO Rui2
(1．School of Resource and Environmental Engineering，Jiangxi university of Science and Technology,Ganzhou 341000,Jiangxi,China；2．Ganzhou Nonferrous Metallurgy Research Institute,Ganzhou 341000,Jiangxi,China)

The detonator energy can be fully utilized by delayed millisecond timing in drift driving blasting to achieve optimal blasting effects．Blasting vibrating meter with the model of Blastmate III is applied to supervise the blasting in a tungsten mine's drift driving with 50 ms delayed blasting．3～10 scale time-energy on the wavelet transform is used to identify the differential blasting delay withing MATLAB based on the energy-density mutation out of detonator blasting．The results show that the adjacent segments of detonator delay time are 0 ms,46．39 ms, 50．78 ms and 57．13 ms respectively．These figures conform to the requirements of 50 ms millisecond blasting in drift driving with reliable detonator performances．

drift driving;millisecond blasting;time-energy density based on wavelet transform;delay time identification

TD235．3

A

2015-01-25

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51364010）

饒運(yùn)章（1963-），男，江西會(huì)昌人，博士，教授，博導(dǎo)，本刊編委，主要從事采礦工程、爆破工程和環(huán)境巖土工程方面的教學(xué)科研工作。

10．3969/j．issn．1009-0622．2015．01．007