習(xí)華偉

(陜西黃河礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司， 陜西 韓城 715400)

不同孔徑爆破振動能量優(yōu)勢頻帶范圍分析

習(xí)華偉

(陜西黃河礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司， 陜西 韓城 715400)

通過對兩種孔徑爆破地震波的監(jiān)測，基于頻率—能量分析方法對振動頻率—能量分布特征進(jìn)行研究。分析結(jié)果顯示，310mm孔徑爆破所產(chǎn)生的地震波能量優(yōu)勢頻帶范圍為40Hz以下，150mm孔徑爆破的地震波能量優(yōu)勢頻帶范圍高于310mm孔徑。研究表明大孔徑爆破所產(chǎn)生的振動能量在低頻區(qū)域，其振動周期長，衰減慢，對建構(gòu)筑物危害大。

爆破振動； 不同孔徑； 優(yōu)勢頻率； 能量分布

1 前言

國內(nèi)某露天鐵礦山單個(gè)生產(chǎn)臺階高度通常為12～15m，大型礦山采用牙輪鉆機(jī)鉆孔孔徑達(dá)到310mm，中小型礦山鉆孔孔徑也達(dá)到150mm。大孔徑深孔爆破已經(jīng)成為現(xiàn)代露天礦山生產(chǎn)爆破主要趨勢。隨著孔徑的增大，310mm鉆孔裝藥量可達(dá)到750kg，爆破產(chǎn)生的地表振動也隨之增強(qiáng)，大孔徑爆破在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)也造成了環(huán)境危害。而振動危害不僅與地表巖石質(zhì)點(diǎn)振動幅值有關(guān)，振動頻率對建構(gòu)筑物的影響同樣重要，近年研究人員已經(jīng)更多地關(guān)注振動頻率—能量分布對工程的危害程度。本文對150mm和310mm兩種孔徑的深孔爆破進(jìn)行頻率—能量分析，為爆破安全評價(jià)及設(shè)計(jì)提供有效參考[1～5]。

2 振動信號分析

2.1 工程概況

以兩個(gè)露天礦山生產(chǎn)爆破為例進(jìn)行振動頻率—能量分析，其爆破參數(shù)如表1。

表1 爆破參數(shù)

2.2 信號分析

本次現(xiàn)場監(jiān)測使用的測振儀采樣頻率為5kHz，第八層的頻率間隔9.766Hz[6～7]。信號逐層分解至第三層的結(jié)構(gòu)如圖1。分別對150、310mm孔徑的爆破進(jìn)行3次監(jiān)測采集，信號見圖2。

由圖2的兩組爆破信號可以明顯看出，150mm孔徑爆破由于裝藥量少，爆破振動峰值小于0.25cm/s，300mm孔徑爆破在相同爆源距的地表產(chǎn)生的振動峰值達(dá)到0.8cm/s，且由波形可以看出，大孔徑爆破地震波波形受外界噪音干擾少，波形清晰，峰值明顯。

圖1 分解結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 爆破振動信號圖

對兩組信號進(jìn)行分解，得到每層頻帶中能量分布特征，第i層能量Ei,j為：

(1)

式中：m——采樣點(diǎn)數(shù)；xj,k——重構(gòu)信號；Si,j(t)——振幅。

總能量E0為：

(2)

能量比例：

(3)

經(jīng)分解后的能量分布如圖3所示。能量百分比見表2。

表2中數(shù)據(jù)顯示310mm孔徑爆破后產(chǎn)生的地震波能量在0～40Hz范圍內(nèi)的比例為87.77%，98.88%和91.03%；150mm孔徑產(chǎn)生的地震波在10～60Hz范圍內(nèi)的比例為81.68%，90.31%和68.46%，數(shù)據(jù)表明，150mm孔徑爆破地震波能量所處的優(yōu)勢頻段要高于310mm孔徑爆破。

310mm孔徑爆破監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示當(dāng)頻率超過97.66Hz，其能量比例約為0；而150mm孔徑的爆破，其高頻區(qū)域能量較大，比例為10.83%、3.25%和21.26%。此數(shù)據(jù)說明大孔徑爆破所產(chǎn)生的爆破能量儲存在低頻區(qū)域，其振動周期長，衰減慢。

3 結(jié)語

(1)小波包分解能夠?qū)⑿盘栟D(zhuǎn)換為頻率—能量的關(guān)系，對爆破減震及安全評價(jià)提供新的更可靠的分析依據(jù)。

(2)310mm孔徑爆破后產(chǎn)生的振動能量其優(yōu)勢頻帶范圍低于150mm孔徑。大孔徑爆破產(chǎn)生的能量在低頻區(qū)域，其振動周期長，衰減慢，對建構(gòu)筑物危害性更大。

圖3 頻帶—能量柱狀圖

頻段/Hz?310mm能量比/%?150mm能量比/%1234560～9.7663.056340.9345.18910.612220.473660.779229.766～19.53214.12441.50941.86319.5729.079714.48919.532～29.29818.9131.802418.3464.707215.40215.83929.298～39.06451.68114.6325.63336.68560.14711.77239.064～48.830.118090.008660.01450914.0872.99245.945148.83～58.5960.310990.0113370.134226.63112.684320.41258.596～68.3629.79140.778246.45084.67915.12983.716568.362～78.1281.93870.326550.365462.14250.600045.620278.128～87.8940.0005324.05×10-70.0001090.038210.0493130.0661187.894～97.660.0004648.21×10-80.0001050.015950.188970.10509>97.660.065500.00369710.82973.2528221.2558

[1] 中國生，房營光，徐國元，等.基于小波包分析的建(構(gòu))筑物爆破振動安全判據(jù)研究[J].巖土工程學(xué)報(bào), 2009, 31(2):223-228.

[2] 路 亮，龍 源，謝全民，等.爆破振動信號的提升小波包分解及能量分布特征[J].爆炸與沖擊，2013，30(2):140-147.

[3] 張耀平，曹 平，高賽紅.爆破振動信號的小波包分解及各頻段的能量分布特征[J].金屬礦山，2007，42(11):42-47.

[4] 宋光明，曾新吾，陳壽如，等.基于小波包分析的爆破振動危害評價(jià)初探[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2002，(4):23-26.

[5] 凌同華，李夕兵.地下工程爆破振動信號能量分布特征的小波包分析[J].爆炸與沖擊, 2004, 21(1):63-68.

[6] 宋光明，曾新吾.爆破振動小波包時(shí)頻特征提取與發(fā)展規(guī)律[J].有色金屬, 2003, 55(1):115-120.

[7] 呂淑然.露天臺階爆破地震效應(yīng)[M].北京：首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)出版社, 2006.

Dominant frequency range analysis of blasting vibration energy with different aperture

Through monitoring the blasting seismic wave of two kinds of aperture, the vibration frequent-energy distribution characteristics were studied based on the frequent-energy analysis method. The analysis showed that the energy dominant frequency range of seismic wave induced by 310mm aperture blasting was below 40Hz, and it was lower than the range induced by 150mm aperture blasting. The study showed that vibration energy induced by large aperture blasting was in low frequency area, and its vibration period was long, decay was slow, and was of severe harm to the construction.

blasting vibration; different aperture; dominant frequency; energy distribution

TD235

A

2017-01-06

習(xí)華偉(1980-)，男，陜西渭南人，工程師，主要從事煤礦開采技術(shù)工作。

1672-609X(2017)03-0034-03