某钨矿平巷掘进微差爆破间隔时间识别

饶运章，王 柳，张树标，饶 睿

（1．江西理工大学 资源与环境工程学院，江西 赣州 341000；2．赣州有色冶金研究所，江西 赣州 341000）

某钨矿平巷掘进微差爆破间隔时间识别

饶运章1，王 柳1，张树标2，饶 睿2

（1．江西理工大学 资源与环境工程学院，江西 赣州 341000；2．赣州有色冶金研究所，江西 赣州 341000）

在平巷掘进爆破中采用延时技术，合理设计微差时间可使炸药能量得到充分分配和利用，达到最优爆破效果。根据某钨矿平巷掘进采用50 ms微差爆破的设计，应用Blastmate III型爆破测振仪对爆破进行监测，在此基础上，依据雷管引爆炸药激起能量密度突变原理，选取db8作为小波基，借助Matlab完成了3～10小波变换尺度积分求取的时-能密度进行微差爆破延时识别，结果表明，相邻段别雷管的延时时间依次为0 ms、46．39 ms、50．78 ms、57．13 ms，符合平巷掘进50 ms微差延时爆破要求，雷管性能稳定可靠。该方法可应用于平巷掘进中的毫秒微差雷管的可靠性识别。

平巷掘进；微差爆破；小波时-能密度；延时识别

0 引言

在地下矿山，囿于井下自由面和起爆空间，矿岩夹制作用大，平巷掘进爆破是一项复杂工艺[1]。早期，人们将露天爆破经验引入井下，把25 ms微差延时爆破用于平巷掘进，实践表明，掏槽孔岩石破碎和抛掷不完全，后续爆破受影响，巷道断面形状小，需人工二次刷帮[2]。近年来，宗琦、刘积铭、徐颖等[3-5]通过理论计算和试验研究，得出延时时间增加到50 ms后，掏槽腔体空间大，为后续爆破创造了有利条件，巷道断面完整，爆破效果好。可见，合理微差时间可使炸药能量得到充分分配和利用，达到最优爆破效果。然而，传统毫秒微差雷管存在一定误差和合格率问题，相邻段别雷管甚至出现“跳段”现象[6-8]，因此，确保雷管延时的准确性和可靠性是微差爆破实施的前提。某钨矿平巷掘进采用50 ms微差爆破，为了解雷管特性，对平巷掘进爆破进行监测，采用小波时-能密度法进行微差雷管延时识别。

1 平巷掘进概况

某钨矿为黑钨—石英脉矿体，产出于花岗岩，为典型的气成-高温热液矿床。矿岩普氏系数均为12-15，岩体完整，平巷掘进采用梅花形掏槽方式（见图1），标号1的掏槽孔起爆后，形成掏槽腔体，而后，标号2、3的辅助孔和标号4的周边孔依次以50 ms延时起爆，形成最终巷道断面。

图1 平巷掘进炮孔布置Fig.1 Hole layout for drift excavating blast

2 平巷掘进爆破监测

由于平巷掘进是50 ms微差间隔起爆，各段雷管延时时间的长短决定了炸药的起爆时刻，如果雷管性能不可靠，将造成前段爆破岩石破碎和抛掷不完全，后续爆破起爆空间受限、进展不顺利等问题。

为此，在距离平巷掘进掌子面50．8 m和63．79 m处布置了2台Blastmate III型爆破测振仪，对平巷掘进爆破进行监测，并在此基础上应用小波时-能密度技术识别雷管的起爆时刻，计算雷管的延时时间。

测振仪设置参数如下：监测时间3 s，传感器触发值0．51 mm/s，采样率2 048。图2是最好的一个信号，其波形清晰可见，明显存在4段波形，也即对应4个段别的雷管。

图2 爆破震动信号Fig.2 Blasting vibration signal

3 小波时-能密度

设Ψ（t）∈L2（R），L2（R）是能量有限的信号，其傅里叶变换为（ω），且满足：

则称Ψ（t）为小波基或母波，连续情况下，将其伸缩和平移，便可得到小波序列：

由于小波变换是一个能量守恒过程，根据内积定理（Moyal定理）有：

式中：a、b为对应尺度参数和位置参数。

对于任意能量有限的信号f（t），其小波变换系数为：

式中：

小波变换中，在尺度a已定的情况下，可以获知频率范围，因此，式（6）给出了信号各个频带对应的能量密度随时间参数b的分布情况，称为小波时-能密度函数。在处理爆破震动信号时，只需改变积分上下限，便可获取特定频率范围的能量密度。

假定微差爆破是一个整体系统，那么每段雷管的起爆就是一次能量的释放，必然引起系统内能量密度的变化，因此，将式（6）所表征的能量用图形表示出来，寻找突峰点，便能求得各段雷管的起爆时刻，进而求得雷管的延时时间[8]。

4 延时识别

小波变换的前提是选择合适的小波基，饶运章、中国生等[9-10]通过研究分析，认为db系列和sym系列小波基处理爆破震动信号较优，本次小波时-能密度延时识别选取db8作为小波基。

小波变换的尺度a决定了所分析信号的频率范围，若按爆破震动信号集中在0～200 Hz计算，小波时-能密度函数积分下限取为3、上限取为10，也即2～256 Hz范围内的能量，见图3。

图3 小波时-能密度Fig.3 Wavelet time-energy density

小波时-能密度图中出现了四个明显的突峰点（箭头所指部位），分别对应四段起爆雷管的起爆时刻，在时间采样坐标上分别是359、454、558、675，那么，按照采样频率2048计算，转换成时间分别是175．29 ms、221．68 ms、272．46 ms、329．59 ms，如果将第一个突峰点作为最低段别雷管的起爆时刻，那么，接下来各段相邻雷管的间隔时间依次是46．39 ms、50．78 ms、57．13 ms。可知，相邻段别雷管间的延时时

间均在50 ms左右，符合平巷掘进50 ms微差延时爆破要求，雷管准确度高、可靠性好，可放心使用。

5 结论

（1）为确保微差爆破中雷管延时的准确性和可靠性，可通过现场采集的爆破震动信号，应用小波时-能密度方法进行微差间隔时间识别。

（2）借助Matlab工具箱和小波时-能密度方法，对某钨矿平巷掘进50 ms微差爆破研究，得出相邻段别雷管间隔时间依次为0 ms、46．39 ms、50．78 ms、57．13 ms，雷管性能稳定、可靠，可用于该矿平巷掘进50 ms微差延时爆破。

（3）采用小波时-能密度法对毫秒微差雷管可靠性的延时识别技术，为钨矿平巷掘进的微差爆破设计提供了有力保障。

[1] 解世俊．金属矿床地下开采[M]．北京：冶金工业出版社，2008．

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

[2] 曹光保，刘积铭．岩巷掘进爆破微差时间研究 [J]．煤矿爆破，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，刘积铭，徐 颖．合理延迟时间的理论分析和试验研究[J]．中国矿业大学学报，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 颖，刘积铭．岩巷掘进微差爆破技术试验研究[J]．中国矿业，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] 凌同华，李夕兵．基于小波变换的时—能分布确定微差爆破的实际延迟时间[J]．岩石力学与工程学报，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] 陈银鲁．爆破震动信号的能量分析方法及其应用研究[D]．杭州：浙江大学，2010．

[7] 管志强，张中雷，王林桂，等．复杂环境大区露天深孔台阶爆破技术在岙山油库区开挖中的应用[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] 李启月，刘 高，黄治成，等．基于小波变换的时-能密度法的盲炮识别研究[J]．矿冶工程，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] 饶运章，王 柳，黄苏锦，等．某铜矿切割槽爆破震动信号的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]中国生．基于小波变换爆破震动分析的应用基础研究[D]．长沙：中南大学，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

国家自然科学基金项目（51364010）

饶运章（1963-），男，江西会昌人，博士，教授，博导，本刊编委，主要从事采矿工程、爆破工程和环境岩土工程方面的教学科研工作。

10．3969/j．issn．1009-0622．2015．01．007