延时间隔对爆破振动信号时频特征的影响

崔雪姣，周建敏，赵明生，余红兵，李 杰

(保利新联爆破工程集团有限公司，贵阳 550000)

大量工程实践表明，采用延时爆破能够有效降低爆破振动危害。而延时爆破的关键问题是延时间隔的合理选取，利用分段起爆的时间差使得各段爆破振动产生干扰和叠加，从而达到降低爆破振动的目的[1-3]。

国内外专家学者针对延时爆破的降振效果做了大量的研究。其中赵明生等[4-5]从时频域的角度出发，研究了爆破振动信号能量的分布规律，确定了合理的间隔时间。史晓鹏等[6]分析了毫秒延时爆破的降振机理，并在某铅锌矿生产爆破上进行了试验验证，结果表明：当延时间隔为50 ms时，可以通过爆破振动的错峰叠加，达到平峰降振的效果。 宋光明等[7]利用小波包分析方法研究了不同段药量、不同延时间隔对爆破振动信号时频分析的影响规律。邱贤阳等[8]基于HHT分析方法研究了高精度短延时爆破干扰降振机理，并在紫金山金铜矿露天爆破工程上进行了实践，取得了良好的降振效果。

作者在贵州某石灰石露天矿爆破现场也进行了延时控制爆破，并对现场获取的25、42、65 ms不同延时间隔条件下的爆破振动信号进行小波包分析，优化选取了延时间隔，为优化爆破设计，确保边坡爆破稳定提供了依据。

1 爆破振动测试

1.1 测试方案

1)测振仪器。现场爆破振动测试的测振仪器采用TC-4850测试仪。

2)振动监测点布置。在贵州某石灰石矿爆破现场沿边坡的+15、+30、+45、+60 m台阶上分别布置测点，其中1～4分别表示不同高度的振动监测点(见图1)。获得了不同排间间隔时间(25、42、65 ms)条件下的爆破振动数据(见表1)。

图1 爆破振动测点位置Fig.1 Location of blasting vibration measuring point

表1 爆破振动峰值速度

1.2 测试结果分析

1)基本上，同一位置测点的爆破振动水平径向峰值振速大于垂直向峰值振速，以爆心距为30 m为例，25 ms的水平径向峰值振速为10.23 cm/s，而垂直向峰值振速为9.86 cm/s。

2)25 ms的延时爆破时，当爆心距从30 m增加到92 m时，其水平径向爆破峰值振速由10.23 cm/s降低到1.96 cm/s，表明在相同延时间隔条件下，随着爆心距的增加，其爆破峰值振速呈衰减趋势。

3)在爆心距相同的情况下，随着延时间隔的增加，其爆破峰值振速有较为明显的减小。以爆心距为30 m为例，25 ms的水平径向峰值振速为10.23 cm/s，42 ms次之，65 ms延时爆破的峰值振速最小为9.24 cm/s。

2 爆破振动信号小波包分析

分别选取表1中爆心距为30 m，延时间隔为25、42、65 ms的爆破振动信号进行MATLAB小波包分析，获得不同爆破振动信号在各个频带上的能量分布(见图2)。

图2 不同延时间隔的能量分布情况Fig.2 The energy distribution of different delay interval

0～125 Hz频带内，各个频带能量分布的情况如表2所示。

表2 信号能量分布

由图2、表2可知：

1)不同延时间隔条件下爆破振动信号的能量主要集中在0～60 Hz之间，其能量占总能量的96%以上。表明爆破振动信号能量主要集中在中低频带，但是不同频带中的能量占比略有差异。

2)随着延时间隔时间由65 ms减小至25 ms，其0～15.6 Hz频带的能量从54.01%增加至93.33%，15.7～62.5 Hz频带的能量从45.61%减小至6.61%。表明随着延时间隔的降低，其爆破振动信号能量往低频带集中，而该频带非常接近边坡的固有频率，对边坡稳定性不利。

3 结语

1)不同延时间隔条件下爆破振动信号的能量主要集中在0～60 Hz之间，其能量占到总能量的96%以上。随着延时间隔的降低，其0～15.6 Hz频带的能量从54.01%增加至93.33%，15.7～62.5 Hz频带的能量从45.61%减小至6.61%。随着延时间隔的降低，其爆破振动信号能量往低频带集中，而该频率非常接近边坡的固有频率，对边坡稳定性不利。

2)随着爆心距从30 m增加到92 m，爆破峰值振速由10.23 cm/s降低到1.96 cm/s。在爆破参数条件相同的情况下，随着延时间隔的增加，其爆破峰值振速有较为明显的减小。

3)随着数码电子雷管的推广运用，使得延时间隔的精确控制成为现实。而利用小波包分析进行延时间隔的优化选择不失为一种科学有效的技术手段。