总药量对爆破振动信号频带能量分布的影响

汪令辉,孙 浩

(安徽铜都铜业股份有限公司冬瓜山铜矿, 安徽铜陵市 244000)

总药量对爆破振动信号频带能量分布的影响

汪令辉,孙 浩

(安徽铜都铜业股份有限公司冬瓜山铜矿, 安徽铜陵市 244000)

频带能量是衡量爆破振动危害的一个重要指标,基于小波包分析技术,对爆破振动信号进行分析,得出不同总药量对爆破振动信号频带能量分布也有较大影响,爆破振动强度不仅仅取决于最大段药量等结论。其中,爆破主振频带随总药量增加向低频发展的趋势对控制采场安全作业有重要意义。

爆破规模;爆破振动;频带能量

爆破振动是采矿作业中的重大难题,小波包分析技术能够通过分析爆破振动信号各频带的能量确定危害的主要频段,从而有利于控制爆破振动危害。

1 爆破振动信号小波包分解

非平稳信号的小波包分析是在小波变换基础上发展起来的,从小波包分析原理可知,它能对小波分析中没有细分的高频部分进一步分解,因而能够对信号的局部信息进行更为精细的掌握。因此,用小波包分析技术对爆破振动信号的频率成分进行特征研究引起了众多研究者的广泛关注[1,2]。

对信号进行小波包分析时,首先必须确定小波包分解的深度(即层数)。任何记录仪都存在最小工作频率问题,超出最小工作频率范围的这部分信号已不能真实代表原始信号(严重失真),因此,爆破振动信号小波包分解的层数视具体信号及采用的爆破振动分析仪的工作频带而定。本论文中所采用的爆破振动记录仪的最小工作频率为 5 Hz,记录仪的采样频率设置为 10 kHz(采样频率一般应高于被采信号的高频段 10倍以上才能保证所描绘的波形不至于失真),根据香农(shannon)采样定理[3],则其奈奎斯特频率为 5000 Hz。因此,根据小波包分解原理,可以将分析信号分解到第 10层,共有 210=1024个小波包,这样原信号在整个频域被划分为1024个子频带,每个子频带宽为 4.883 Hz(5000/1024 Hz),对应的最低频带为 0～4.883 Hz。

2 爆破振动信号的选取

在分析总药量对爆破振动信号频带能量分布的影响时,必须排除最大段药量、测点到爆心距离以及其它场地条件的干扰。为此,选取符合要求的不同炮次的 3条信号作为被分析信号(见表1。)

表1 被分析信号的爆破条件

3 总药量对频带能量的影响

基于小波包分析理论,对选区信号进行分析得出顶板爆破振动信号不同频带能量百分比(见表2,图1～图3)。表中可以清晰反应各频带能量特征,从而显示爆破振动的特征参量。

图1 1213-110(顶板)振动信号及频带能量分布

图2 1227-110(顶板)振动信号及频带能量分布

图3 0113-257(顶板)振动信号及频带能量分布

表2 顶板振动信号不同频带的能量百分比

4 结论

从图1～图3可以看出,总药量对爆破振动信号频带能量分布的影响具有以下特点:

(1)在其他参数基本相同的前提下,随着总药量的增加,爆破振动信号主振频带所携带的能量有所增加,表明炸药总量(爆破规模)对爆破振动强度也有较大影响,爆破振动强度不仅仅取决于最大段药量;

(2)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。由于工程结构体的自振频率往往较低,因此相同段药量的爆破所引起的振动强度随总药量的增加而增强。这一点再次表明炸药总量(爆破规模)对爆破振动的强度也有较大影响。

[1] 宋光明,等.爆破条件对爆破振动信号分析中小波包时频特征的影响[J].工程爆破,2002,8(3):5～11.

[2] 林大超,施惠基,白春华,等.爆破振动时频分布的小波包分析[J].工程爆破,2002,8(2):l～5.

[3] 邹云屏,李 潇.信号变换与处理[M].武汉:华中理工大学出版社,1993:8～12.

[4] 焦永斌,高赛红,邓 飞,等.260t级硐室爆破地震测试及降震分析[J].矿业研究与开发,2006,26(4).

[5] 郭学彬,张继春,刘 泉,等.爆破振动对顺层岩质边坡稳定性的影响[J].矿业研究与开发,2006,26(2):77～80.

2009-08-10)

汪令辉(1974-),男,安徽安庆人,采矿工程师,主要从事采矿技术工作。