基于HHT法某露天爆破振動信號分析

周運久

（安徽省司爾特肥業股份有限公司宣城市宣州區馬尾山硫鐵礦，安徽 宣城 242041）

本文研究借助爆破振動測試系統完成對邊坡體內振動波速的監測，通過爆破振動監測與數據統計，分析爆破荷載擾動下邊坡體內波速變化和衰減規律，對比分析研究數碼電子雷管和高精度導爆管雷管對爆破振動的影響，通過對所測的爆破信號進行HHT分析，以便研究數碼電子雷管及高精度導爆管雷管所產生的對應規律及各自的特點，對比得出各自的優勢，以便更好地指導生產[1]。

1 實驗裝置和材料

1.1 爆破信號監測設備

爆破監測系統由中科測控有限公司生產的TC-4850N爆破測振儀及其配套的三維一體傳感器以及信號處理器組成，一般將傳感器固定在離爆源較近的位置，同時將傳感器的X軸指向爆源，Z軸指向垂直方向。爆破振動測試儀將在爆破過程中自動采集和儲存數據。

1.2 爆破振動監測試驗方式

圖1 試驗爆區炮孔及測點布置示意圖

為保證研究所收集的震動數據有效性高，本次試驗分兩個階段進行：第一階段選擇先以小規模的預研試驗，初期收集的數據作為下個階段開展生產試驗的參考；第二階段再擴展至現場生產試驗的方式進行，同時也是驗證第一階段數據的可靠性。

一號試驗爆區炮孔使用7m腳線數碼電子雷管，孔間延時時間設定為17ms和42ms，起爆點炮孔初始起爆時間設定為400ms起，每孔使用一發雷管，底部裝藥36kg。

二號試驗爆區炮孔使用7m腳線導爆管雷管，雷管段別選用17段，該段別雷管固定延期時間400ms，每孔內使用一發雷管，孔外以2段和4段導爆管雷管連線（其固定延期時分別為17ms和42ms），底部裝藥36kg。

結合上述兩組試驗條件，在全參數要素相同的情況下，僅是使用雷管類型不同，通過爆后觀察爆堆情況以及測振儀器收集到數據，數碼電子雷管的質點振動振幅及振動速度均遠低于導爆管雷管，且振動主頻峰值到達的間隔時間明顯叫導爆管雷管的長，顯示爆轟波能量較為分散。進一步驗證了數碼電子雷管的延時精度高的優異性能，能更好保證爆破地震波峰值時間段錯開，避免多個應力波峰值相互疊加，使爆破振動被放大，甚至是一定程度上可以分散的多束能量相互作用，進而導致能量衰減。

1.3 監測點位置

圖2 1#測線及各測點位置示意圖

在爆破振動監測中，測點位置的布置尤為重要，其能較大的影響監測數據的可靠性與準確性。在研究爆破振動波在介質中的衰減規律時，一般采用一條測線上布置多個測點的方法。在1250水平工業采場附近原有的兩處測點（均在F0斷層下盤）連線，向前延長至“凹”型采區內補加4個測點，布設位置要求這個測點的位置能夠存在較長時間，短期內（6個月）不受采剝工程影響，利于長期跟蹤監測。

表1 爆破參數及監測數據

1.4 爆破振動檢測數據收集

生產試驗選擇在采場實際穿孔爆破的多個爆區進行振動監測，因數據量大本文主要以在采場1065平臺西幫區域，兩次單孔裝藥量都相同的爆破作業進行爆破振動監測。1065平臺爆破區域位于47-51號勘探線之間西幫，設計孔深18m。爆破區域巖性由西向東依次為片巖-大理巖、矽卡巖（45-M1#）、大理巖、矽卡巖（51-M1#），爆破區域內節理構造發育，巖石較破碎，總體產狀為西傾，水孔較多，總體巖石堅固性系數f為5.0。7月15日（數碼電子雷管）和8月8日（導爆管雷管）兩次爆破振動監測數據如表1所示。

從中1可以看出：在單次爆破作業時，隨著測點距離爆區距離的增加，振動速度逐漸減小，符合爆破振動衰減的一般規律。

1.5 爆破振動速度對比分析

選取試驗數據中的振動速度和爆心距分別作為橫坐標和縱坐標，則X方向、Y方向、Z方向在使用不同雷管時的爆破振動速度隨爆心距變化規律。通過分別比較X、Y和Z方向的振速，可以看出：由于監測點與爆破區域的地質因素，高程差等原因，兩次爆破作業監測的爆破振動速度在遠端反而出現較大值，呈現一定的放大效應；在相同距離時，在三個方向，使用高精度導爆管雷管爆破的振速都要大于使用數碼電子雷管爆破的振速。這說明，使用數碼電子雷管可以有一定的減振作用。

1.6 不同雷管爆破的頻譜分析

通常，在工程爆破中監測得到分別沿地震波波陣面的切向方向、徑向方向與豎直方向的三維信號。從實際的爆破振動監測得到的數據來看，通常質點豎直方向的振速都比切向與徑向來的大，所以，中國和瑞典等西方國家的爆破振動強度的指標都采用質點豎直方向振速峰值。因豎直分量更具有代表性，本文亦采用豎直方向的分量的爆破振動信號作為分析對象。

選擇1-6測點Z方向的兩次測振信號（7月15日為信號S1，8月8日為信號S2）作為分析對象。

圖4 信號S2的原始波形圖

圖3和圖4分別為信號S1和信號S2的原始波形圖。從測振數據上可以看出，雖然S1信號測點距離爆區比S2信號更近，反而在Z方向上的振速比S2信號更小，這說明數碼電子雷管能夠減少振動的疊加，降低爆破振動速度。

綜合以上頻譜分析，可以得出：在同一平臺、在最大單孔裝藥量一致的情況下、在相同的監測點，相比使用高精度導爆管雷管，使用數碼電子雷管能夠有效避免爆破時的能量疊加情況，振動頻率往高頻發展，使其在幅值最大處的爆破振動頻率增大，能量分布也更加分散。從而可以有效降低爆破震動對周圍非爆巖體介質的破壞作用。

2 結語

本次通過對曼家寨采場進行對數碼電子雷管及導爆管雷管在同一相鄰巖性的采場試驗，在鉆孔深度及孔距，爆破孔網參數大致相同的狀況下，得出了如下結論：①曼家寨1065平臺以大理石為巖性作為采場試驗采區，通過對導爆管雷管及數碼電子雷管，在該平臺布置孔徑178mm的鉆孔，數碼電子雷管的質點振動振幅及振動速度均遠低于導爆管雷管，且振動主頻峰值到達的間隔時間明顯叫導爆管雷管的長，顯示爆轟波能量較為分散。驗證了數碼電子雷管的延時精度高的優異性能，能更好保證爆破地震波峰值時間段錯開，避免多個應力波峰值相互疊加，使爆破振動被放大。②在單次爆破作業時，隨著測點距離爆區距離的增加，振動速度逐漸減小，符合爆破振動衰減的一般規律。在相同距離時，在三個方向，使用高精度導爆管雷管爆破的振速都要大于使用數碼電子雷管爆破的振速。這說明，使用數碼電子雷管可以有一定的減振作用。③通過對爆破震動的原始信號進行HHT分析，得出在同一平臺、在最大單孔裝藥量一致的情況下、在相同的監測點，相比使用高精度導爆管雷管，使用數碼電子雷管能夠有效避免爆破時的能量疊加情況，可以有效降低爆破震動對周圍非爆巖體介質的破壞作用。