习华伟

(陕西黄河矿业(集团)有限责任公司， 陕西 韩城 715400)

不同孔径爆破振动能量优势频带范围分析

习华伟

(陕西黄河矿业(集团)有限责任公司， 陕西 韩城 715400)

通过对两种孔径爆破地震波的监测，基于频率—能量分析方法对振动频率—能量分布特征进行研究。分析结果显示，310mm孔径爆破所产生的地震波能量优势频带范围为40Hz以下，150mm孔径爆破的地震波能量优势频带范围高于310mm孔径。研究表明大孔径爆破所产生的振动能量在低频区域，其振动周期长，衰减慢，对建构筑物危害大。

爆破振动； 不同孔径； 优势频率； 能量分布

1 前言

国内某露天铁矿山单个生产台阶高度通常为12～15m，大型矿山采用牙轮钻机钻孔孔径达到310mm，中小型矿山钻孔孔径也达到150mm。大孔径深孔爆破已经成为现代露天矿山生产爆破主要趋势。随着孔径的增大，310mm钻孔装药量可达到750kg，爆破产生的地表振动也随之增强，大孔径爆破在提高生产效率的同时也造成了环境危害。而振动危害不仅与地表岩石质点振动幅值有关，振动频率对建构筑物的影响同样重要，近年研究人员已经更多地关注振动频率—能量分布对工程的危害程度。本文对150mm和310mm两种孔径的深孔爆破进行频率—能量分析，为爆破安全评价及设计提供有效参考[1～5]。

2 振动信号分析

2.1 工程概况

以两个露天矿山生产爆破为例进行振动频率—能量分析，其爆破参数如表1。

表1 爆破参数

2.2 信号分析

本次现场监测使用的测振仪采样频率为5kHz，第八层的频率间隔9.766Hz[6～7]。信号逐层分解至第三层的结构如图1。分别对150、310mm孔径的爆破进行3次监测采集，信号见图2。

由图2的两组爆破信号可以明显看出，150mm孔径爆破由于装药量少，爆破振动峰值小于0.25cm/s，300mm孔径爆破在相同爆源距的地表产生的振动峰值达到0.8cm/s，且由波形可以看出，大孔径爆破地震波波形受外界噪音干扰少，波形清晰，峰值明显。

图1 分解结构示意图

图2 爆破振动信号图

对两组信号进行分解，得到每层频带中能量分布特征，第i层能量Ei,j为：

(1)

式中：m——采样点数；xj,k——重构信号；Si,j(t)——振幅。

总能量E0为：

(2)

能量比例：

(3)

经分解后的能量分布如图3所示。能量百分比见表2。

表2中数据显示310mm孔径爆破后产生的地震波能量在0～40Hz范围内的比例为87.77%，98.88%和91.03%；150mm孔径产生的地震波在10～60Hz范围内的比例为81.68%，90.31%和68.46%，数据表明，150mm孔径爆破地震波能量所处的优势频段要高于310mm孔径爆破。

310mm孔径爆破监测数据显示当频率超过97.66Hz，其能量比例约为0；而150mm孔径的爆破，其高频区域能量较大，比例为10.83%、3.25%和21.26%。此数据说明大孔径爆破所产生的爆破能量储存在低频区域，其振动周期长，衰减慢。

3 结语

(1)小波包分解能够将信号转换为频率—能量的关系，对爆破减震及安全评价提供新的更可靠的分析依据。

(2)310mm孔径爆破后产生的振动能量其优势频带范围低于150mm孔径。大孔径爆破产生的能量在低频区域，其振动周期长，衰减慢，对建构筑物危害性更大。

图3 频带—能量柱状图

频段/Hzϕ310mm能量比/%ϕ150mm能量比/%1234560～9.7663.056340.9345.18910.612220.473660.779229.766～19.53214.12441.50941.86319.5729.079714.48919.532～29.29818.9131.802418.3464.707215.40215.83929.298～39.06451.68114.6325.63336.68560.14711.77239.064～48.830.118090.008660.01450914.0872.99245.945148.83～58.5960.310990.0113370.134226.63112.684320.41258.596～68.3629.79140.778246.45084.67915.12983.716568.362～78.1281.93870.326550.365462.14250.600045.620278.128～87.8940.0005324.05×10-70.0001090.038210.0493130.0661187.894～97.660.0004648.21×10-80.0001050.015950.188970.10509>97.660.065500.00369710.82973.2528221.2558

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Dominant frequency range analysis of blasting vibration energy with different aperture

Through monitoring the blasting seismic wave of two kinds of aperture, the vibration frequent-energy distribution characteristics were studied based on the frequent-energy analysis method. The analysis showed that the energy dominant frequency range of seismic wave induced by 310mm aperture blasting was below 40Hz, and it was lower than the range induced by 150mm aperture blasting. The study showed that vibration energy induced by large aperture blasting was in low frequency area, and its vibration period was long, decay was slow, and was of severe harm to the construction.

blasting vibration; different aperture; dominant frequency; energy distribution

TD235

A

2017-01-06

习华伟(1980-)，男，陕西渭南人，工程师，主要从事煤矿开采技术工作。

1672-609X(2017)03-0034-03