浅析不同爆破条件下爆破振动信号能量分布规律

2017-06-08 10:08:34.0 责任编辑:崔玮娜

张文平

(太钢集团矿工业分公司峨口铁矿,山西代县,034207)

摘要:本文采用小波分析法,在不同爆心距、段药量及总药量的爆破条件下,分析爆破产生的振动信号,得出了不同爆破条件下爆破振动时频分布的规律:总药量的增加引起中低频信号成分所占能力比重的增加,并且主振频带有向低频发展的趋势;同一爆次随着爆心距的增加,同样引起中低频信号成分所占能力比重的增加和主振频带有向低频发展的趋势。

关键词:爆破条件;爆破振动信号;小波分析;MATLAB

 

1引言

衡量爆破振动的三要素东为振动幅度、频率及持续时间[3]。由于爆破条件、爆破能量传播介质和被保护构筑物的不同,爆破振动能量分布规律也会有所不同,由此需要采用不同的控制措施来实现爆破目的。

小波分析技术在国内爆破工程领域已经有了较为成熟的应用。李夕兵等[2]利用小波包分析技术对满足分析要求的单段微差爆破振动信号的能量分布特征进行了研究;陈士海与魏海霞等[3]采用小波分析和快速傅立叶变换相结合的方法,对实际工程中爆破振动近、中远区的实测原始信号进行了小波分解和重构,得到了重构后各子频带的时间信号及频谱;朱权洁与姜福兴等[4]将矿山爆破振动信号与岩石破裂微振信号进行对比研究,为矿山识别爆破振动事件与岩石破裂事件提供了思路。 

2小波分析算法

本文计算基于MATLAB R2011a平台,运用MATLAB语言编程实现。爆破振动信号经小波包分解得到不同频带的能量和能量百分比,从而可以找出爆破振动信号在传播过程中能量的变化规律[5]。爆破振动信号频带能量分布的小波包分解程序如图1所示。

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3爆破条件对信号频带能量分布的影响

影响爆破振动信号波形特征的因素有很多,如起爆方式、最大段药量、毫秒延期时间、爆破场地条件以及测点布置方向等,因此对爆破振动信号分析是非常复杂的工作[6]。分析爆破条件对爆破振动信号影响的同时应尽量排除其他因素的干扰[7]。为此,抽取满足上述要求的七条信号进行分析,其爆破条件见表1。

 

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    取表1相应条件下爆破振动信号,分别进行深度为9层的小波分析,各信号不同频带能量百分比

统计见表2。

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4结果分析

表l和表2对比分析可得:

(1)七条信号在0~200Hz的频带范围内的能量分布百分比为99.91%,99.13%,99.43%,96.32%,98.99%,96.14%,98.98%。由此可得,在毫秒延期爆破振动信号的能力发布中,大部分能量集中在0~200Hz的频带范围内。

(2)各信号在0~40Hz的能量百分比分别为96.22%,93.35%,96.66%,90.68%92.36%,92.19%,93.75%,表明毫秒延期爆破振动信号的优势频带主要分布在主振频带,主振频带又可分成多个分振频带,即一个工程结构是包含众多子结构的系统,各子结构的固有特性各不相同,所以对其爆破振动的响应具有多模态、多振型的特点。

(3)对比2-a与2-b、8-a与8-b、9-a与9-b可得,对于同一爆破不同爆心距处的爆破振动信号,随着传播距离的增加,中低频信号成分所占能量百分比增加,爆破振动信号的主振频带有往低频发展的趋势。由于工程结构体的自振频率较低,因此爆破地震波在传播过程中,虽然其振动强度不断衰减,但其破坏效应可能更大,这一点可以从有些爆破工程中爆源近处的结构体没有受到破坏而远处的结构体被破坏的现象中得到验证。

(4)对比8-a、2-a、9-a三条信号可得,对于同一测试地点的相同爆心距、不同最大段药量的爆破地震波信号,随着最大段药量的增加,信号能量的分布越来越倾向低频带,即信号的主振频带有向低频发展的趋势。由于工程建(构)筑物的自振频率较低,显然不利于建(构)筑物的安全。

(5)对比10与2-b,在其他条件基本相同的情况下,限号2-b比10的总药量多,而信号2-b中低频信号所占能量比重增加。说明随着总药量的增加,中低频信号成分所占能量比重增加,爆破振动信号的主振频带有往低频发展的趋势。

5结论

(1)虽然毫秒延期爆破振动信号的能量在频域上分布比较广泛,但是绝大多数能量都集中在0~200Hz的频带范围内。

(2)对于同一爆次不同爆心距处的爆破振动信号,随着传播距离的增加,中低频信号成分所占能量百分比增加,爆破振动信号的主振频带有往底低频发展的趋势。

(3)对于统一测试地点的相同爆心距、不同最大段药量的爆破地震波信号,随着最大段要领的增加,信号能量的分布越来越倾向低频带,即信号的主振频带有向低频发展的趋势。

(4)随着总药量的增加,中低频信号成分所占能量比重增加,爆破振动信号的主振频带有往低频发展的趋势。表明炸药总量(爆破规模)对爆破振动的强度也有较大影响。

参考文献

[1]李夕兵,张义平,刘志祥,等﹒爆破振动信号的小波分析与HHT变换[J]﹒爆炸与冲击,2005(06):528~535﹒

[2]凌同华,李夕兵﹒单段爆破振动信号频带能量分布特征的小波包分析[J] ﹒振动与冲击,2007(05):41~43﹒

[3]陈士海,魏海霞,杜荣强﹒爆破震动信号的多分辨小波分析[J]﹒岩士力学,2009(S1):135~139﹒

[4]朱权洁,姜福兴,于正兴,等﹒爆破震动与岩石破裂微震信号能量分布特征研究[J] ﹒岩石力学与工程学报,2012(04):723~730﹒

[5]陈士海,魏海霞,杜荣强﹒爆破震动信号的多分辨小波分析[J]﹒岩士力学,2009(S1):135~139﹒

[6]池恩安,梁开水,赵明生,等﹒小波分解下单段爆破振动信号RSPWVD时频分析[J] ﹒武汉理工大学学报,2010(13):106~109﹒

[7]蒋复量,周科平,邓红卫,等﹒基于小波理论的井下深孔爆破振动信号辨识与量衰减规律分析[J] ﹒煤炭学报,2011(S2):396~400﹒

摘自《中国爆破新进展》 


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