汪令輝,孫 浩

(安徽銅都銅業(yè)股份有限公司冬瓜山銅礦, 安徽銅陵市 244000)

總藥量對爆破振動信號頻帶能量分布的影響

汪令輝,孫 浩

(安徽銅都銅業(yè)股份有限公司冬瓜山銅礦, 安徽銅陵市 244000)

頻帶能量是衡量爆破振動危害的一個(gè)重要指標(biāo),基于小波包分析技術(shù),對爆破振動信號進(jìn)行分析,得出不同總藥量對爆破振動信號頻帶能量分布也有較大影響,爆破振動強(qiáng)度不僅僅取決于最大段藥量等結(jié)論。其中,爆破主振頻帶隨總藥量增加向低頻發(fā)展的趨勢對控制采場安全作業(yè)有重要意義。

爆破規(guī)模;爆破振動;頻帶能量

爆破振動是采礦作業(yè)中的重大難題,小波包分析技術(shù)能夠通過分析爆破振動信號各頻帶的能量確定危害的主要頻段,從而有利于控制爆破振動危害。

1 爆破振動信號小波包分解

非平穩(wěn)信號的小波包分析是在小波變換基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,從小波包分析原理可知,它能對小波分析中沒有細(xì)分的高頻部分進(jìn)一步分解,因而能夠?qū)π盘柕木植啃畔⑦M(jìn)行更為精細(xì)的掌握。因此,用小波包分析技術(shù)對爆破振動信號的頻率成分進(jìn)行特征研究引起了眾多研究者的廣泛關(guān)注[1,2]。

對信號進(jìn)行小波包分析時(shí),首先必須確定小波包分解的深度(即層數(shù))。任何記錄儀都存在最小工作頻率問題,超出最小工作頻率范圍的這部分信號已不能真實(shí)代表原始信號(嚴(yán)重失真),因此,爆破振動信號小波包分解的層數(shù)視具體信號及采用的爆破振動分析儀的工作頻帶而定。本論文中所采用的爆破振動記錄儀的最小工作頻率為 5 Hz,記錄儀的采樣頻率設(shè)置為 10 kHz(采樣頻率一般應(yīng)高于被采信號的高頻段 10倍以上才能保證所描繪的波形不至于失真),根據(jù)香農(nóng)(shannon)采樣定理[3],則其奈奎斯特頻率為 5000 Hz。因此,根據(jù)小波包分解原理,可以將分析信號分解到第 10層,共有 210=1024個(gè)小波包,這樣原信號在整個(gè)頻域被劃分為1024個(gè)子頻帶,每個(gè)子頻帶寬為 4.883 Hz(5000/1024 Hz),對應(yīng)的最低頻帶為 0～4.883 Hz。

2 爆破振動信號的選取

在分析總藥量對爆破振動信號頻帶能量分布的影響時(shí),必須排除最大段藥量、測點(diǎn)到爆心距離以及其它場地條件的干擾。為此,選取符合要求的不同炮次的 3條信號作為被分析信號(見表1。)

表1 被分析信號的爆破條件

3 總藥量對頻帶能量的影響

基于小波包分析理論,對選區(qū)信號進(jìn)行分析得出頂板爆破振動信號不同頻帶能量百分比(見表2,圖1～圖3)。表中可以清晰反應(yīng)各頻帶能量特征,從而顯示爆破振動的特征參量。

圖1 1213-110(頂板)振動信號及頻帶能量分布

圖2 1227-110(頂板)振動信號及頻帶能量分布

圖3 0113-257(頂板)振動信號及頻帶能量分布

表2 頂板振動信號不同頻帶的能量百分比

4 結(jié)論

從圖1～圖3可以看出,總藥量對爆破振動信號頻帶能量分布的影響具有以下特點(diǎn):

(1)在其他參數(shù)基本相同的前提下,隨著總藥量的增加,爆破振動信號主振頻帶所攜帶的能量有所增加,表明炸藥總量(爆破規(guī)模)對爆破振動強(qiáng)度也有較大影響,爆破振動強(qiáng)度不僅僅取決于最大段藥量;

(2)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(fā)展的趨勢。由于工程結(jié)構(gòu)體的自振頻率往往較低,因此相同段藥量的爆破所引起的振動強(qiáng)度隨總藥量的增加而增強(qiáng)。這一點(diǎn)再次表明炸藥總量(爆破規(guī)模)對爆破振動的強(qiáng)度也有較大影響。

[1] 宋光明,等.爆破條件對爆破振動信號分析中小波包時(shí)頻特征的影響[J].工程爆破,2002,8(3):5～11.

[2] 林大超,施惠基,白春華,等.爆破振動時(shí)頻分布的小波包分析[J].工程爆破,2002,8(2):l～5.

[3] 鄒云屏,李 瀟.信號變換與處理[M].武漢:華中理工大學(xué)出版社,1993:8～12.

[4] 焦永斌,高賽紅,鄧 飛,等.260t級硐室爆破地震測試及降震分析[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2006,26(4).

[5] 郭學(xué)彬,張繼春,劉 泉,等.爆破振動對順層巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2006,26(2):77～80.

2009-08-10)

汪令輝(1974-),男,安徽安慶人,采礦工程師,主要從事采礦技術(shù)工作。