您現在的位置:中爆網 > 爆破震動與技術安全 > 正文

淺析不同爆破條件下爆破振動信號能量分布規律

2017-06-08 責任編輯:崔瑋娜

張文平

(太鋼集團礦工業分公司峨口鐵礦,山西代縣,034207)

摘要:本文采用小波分析法,在不同爆心距、段藥量及總藥量的爆破條件下,分析爆破產生的振動信號,得出了不同爆破條件下爆破振動時頻分布的規律:總藥量的增加引起中低頻信號成分所占能力比重的增加,并且主振頻帶有向低頻發展的趨勢;同一爆次隨著爆心距的增加,同樣引起中低頻信號成分所占能力比重的增加和主振頻帶有向低頻發展的趨勢。

關鍵詞:爆破條件;爆破振動信號;小波分析;MATLAB

 

1引言

衡量爆破振動的三要素為振動幅度、頻率及持續時間[1]。由于爆破條件、爆破能量傳播介質和被保護構筑物的不同,爆破振動能量分布規律也會有所不同,由此需要采用不同的控制措施來實現爆破目的。

小波分析技術在國內爆破工程領域已經有了較為成熟的應用。李夕兵等[2]利用小波包分析技術對滿足分析要求的單段微差爆破振動信號的能量分布特征進行了研究;陳士海與魏海霞等[3]采用小波分析和快速傅立葉變換相結合的方法,對實際工程中爆破振動近、中遠區的實測原始信號進行了小波分解和重構,得到了重構后各子頻帶的時間信號及頻譜;朱權潔與姜福興等[4]將礦山爆破振動信號與巖石破裂微振信號進行對比研究,為礦山識別爆破振動事件與巖石破裂事件提供了思路。 

2小波分析算法

本文計算基于MATLAB R2011a平臺,運用MATLAB語言編程實現。爆破振動信號經小波包分解得到不同頻帶的能量和能量百分比,從而可以找出爆破振動信號在傳播過程中能量的變化規律[5]。爆破振動信號頻帶能量分布的小波包分解程序如圖1所示。

 8161.jpg

3爆破條件對信號頻帶能量分布的影響

影響爆破振動信號波形特征的因素有很多,如起爆方式、最大段藥量、毫秒延期時間、爆破場地條件以及測點布置方向等,因此對爆破振動信號分析是非常復雜的工作[6]。分析爆破條件對爆破振動信號影響的同時應盡量排除其他因素的干擾[7]。為此,抽取滿足上述要求的七條信號進行分析,其爆破條件見表1。

 

 8162.jpg

 

    取表1相應條件下爆破振動信號,分別進行深度為9層的小波分析,各信號不同頻帶能量百分比統計見表2。

 8163.jpg

8164.jpg

4結果分析

表l和表2對比分析可得:

(1)七條信號在0~200Hz的頻帶范圍內的能量分布百分比為99.91%,99.13%,99.43%,96.32%,98.99%,96.14%,98.98%。由此可得,在毫秒延期爆破振動信號的能力發布中,大部分能量集中在0~200Hz的頻帶范圍內。

(2)各信號在0~40Hz的能量百分比分別為96.22%,93.35%,96.66%,90.68%92.36%,92.19%,93.75%,表明毫秒延期爆破振動信號的優勢頻帶主要分布在主振頻帶,主振頻帶又可分成多個分振頻帶,即一個工程結構是包含眾多子結構的系統,各子結構的固有特性各不相同,所以對其爆破振動的響應具有多模態、多振型的特點。

(3)對比2-a與2-b、8-a與8-b、9-a與9-b可得,對于同一爆破不同爆心距處的爆破振動信號,隨著傳播距離的增加,中低頻信號成分所占能量百分比增加,爆破振動信號的主振頻帶有往低頻發展的趨勢。由于工程結構體的自振頻率較低,因此爆破地震波在傳播過程中,雖然其振動強度不斷衰減,但其破壞效應可能更大,這一點可以從有些爆破工程中爆源近處的結構體沒有受到破壞而遠處的結構體被破壞的現象中得到驗證。

(4)對比8-a、2-a、9-a三條信號可得,對于同一測試地點的相同爆心距、不同最大段藥量的爆破地震波信號,隨著最大段藥量的增加,信號能量的分布越來越傾向低頻帶,即信號的主振頻帶有向低頻發展的趨勢。由于工程建(構)筑物的自振頻率較低,顯然不利于建(構)筑物的安全。

(5)對比10與2-b,在其他條件基本相同的情況下,限號2-b比10的總藥量多,而信號2-b中低頻信號所占能量比重增加。說明隨著總藥量的增加,中低頻信號成分所占能量比重增加,爆破振動信號的主振頻帶有往低頻發展的趨勢。

5結論

(1)雖然毫秒延期爆破振動信號的能量在頻域上分布比較廣泛,但是絕大多數能量都集中在0~200Hz的頻帶范圍內。

(2)對于同一爆次不同爆心距處的爆破振動信號,隨著傳播距離的增加,中低頻信號成分所占能量百分比增加,爆破振動信號的主振頻帶有往底低頻發展的趨勢。

(3)對于統一測試地點的相同爆心距、不同最大段藥量的爆破地震波信號,隨著最大段要領的增加,信號能量的分布越來越傾向低頻帶,即信號的主振頻帶有向低頻發展的趨勢。

(4)隨著總藥量的增加,中低頻信號成分所占能量比重增加,爆破振動信號的主振頻帶有往低頻發展的趨勢。表明炸藥總量(爆破規模)對爆破振動的強度也有較大影響。

參考文獻

[1]李夕兵,張義平,劉志祥,等﹒爆破振動信號的小波分析與HHT變換[J]﹒爆炸與沖擊,2005(06):528~535﹒

[2]凌同華,李夕兵﹒單段爆破振動信號頻帶能量分布特征的小波包分析[J] ﹒振動與沖擊,2007(05):41~43﹒

[3]陳士海,魏海霞,杜榮強﹒爆破震動信號的多分辨小波分析[J]﹒巖士力學,2009(S1):135~139﹒

[4]朱權潔,姜福興,于正興,等﹒爆破震動與巖石破裂微震信號能量分布特征研究[J] ﹒巖石力學與工程學報,2012(04):723~730﹒

[5]陳士海,魏海霞,杜榮強﹒爆破震動信號的多分辨小波分析[J]﹒巖士力學,2009(S1):135~139﹒

[6]池恩安,梁開水,趙明生,等﹒小波分解下單段爆破振動信號RSPWVD時頻分析[J] ﹒武漢理工大學學報,2010(13):106~109﹒

[7]蔣復量,周科平,鄧紅衛,等﹒基于小波理論的井下深孔爆破振動信號辨識與量衰減規律分析[J] ﹒煤炭學報,2011(S2):396~400﹒

摘自《中國爆破新進展》