基于波形分析的盲炮識別技術研究

曾國興 苑笑然 王漢軍 王志 翟俊杰

【摘 要】采用傅里葉分析對實測爆破振動波形進行變換，得到實測波形的主頻，根據主頻的數量確定實測波形是否有雜波;進一步觀察實測爆破振動波波峰出現時間，得到微差爆破各爆破波段的間隔時間，然后與實際爆破方案設計中設置的爆破微差時間比較;判斷實際起爆的微差時間與爆破設計的微差時間是否相一致，進而判斷是否產生盲炮。

【關鍵詞】波形分析;微差時間;傅里葉分析;盲炮識別

【中圖分類號】TU746.5 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2021）01-0035-03

0 引言

爆破工程中，由于各種原因造成的雷管未能起爆或者雷管起爆后炸藥未能完全爆炸的現象稱為盲炮。盲炮的產生，如果不能及時發現或者發現后處理不當會造成很大的危害，目前發生的爆破事故中[1]，很大一部分是由于盲炮未能及時發現或者處理不當造成的。因此，及時發現盲炮并采取有效的措施處理盲炮，是十分重要的。目前的盲炮研究中[2]，更多的是研究對盲炮的處理，而對于盲炮檢測方面的研究較少。

周向良[2]系統地闡述了盲炮及其產生的原因，分析盲炮的預防與識別，并對盲炮的處理技術進行探討。將盲炮產生原因分為爆破器材質量問題、爆破網路設計問題、爆破施工問題及爆破環境影響四大方面，并針對性地提出了盲炮的預防措施和處理措施。譚衛華、溫健強、李戰軍[3]根據某采石場大規模釋放爆破過程中盲炮的處理過程，提出了避免臺階爆破大面積盲炮的措施。任艷民、池恩安、江云星[4]闡述了露天爆破過程中盲炮產生的原因及其危害，針對性地提出了預防和檢測、處理措施。潘玉忠、池恩安[5]等人，研究在貴州喀斯特地貌條件下進行爆破，容易產生局部盲炮的原因，并針對性地提出了預防和處理盲炮的措施。

使用工業電子雷管爆破一旦出現盲炮，傳統盲炮檢測方法不便于檢測。鑒于工業電子雷管能夠使得微差爆破延時時間更加精準，有利于波形分析，提出通過運用波形檢測技術，探索出一種能夠檢測普通雷管和工業電子雷管盲炮的安全可靠的技術。

1 波形分析檢測盲炮技術

1.1 波形分析監檢測盲炮的工作原理

現有的、普遍操作的盲炮處理方法主要是爆破后等待足夠的時間后，由技術人員進入爆破區域檢查，通過對比正常爆破的效果，檢查是否存在盲炮。采用這種方式檢查盲炮，不僅存在安全隱患，而且在一些情況下不可操作，檢查的效果也沒有保障。波形分析檢測盲炮技術，是通過對監測到的爆破振動波進行觀察和分析，通過比較監測到爆破振動波的波峰之間時間差和實際微差時間進行比較，兩者若高度相近則表示無盲炮;若時間差的差值與實際微差時間相差過大或者波峰數量與實際爆破的微差時間起爆段數不一致，則有可能產生盲炮。此方法的運用尚有兩點需要完善。

一是爆破振動波在傳播過程中可能差生疊加，導致某時刻的振動為零，從而影響判斷結果;二是爆破振動波在傳播過程中必然發生衰減，若測點與爆區距離較遠，爆破振動波衰減的幅度較大，則測點監測到的振動波的振幅較小，與雜波的振幅無法進行區分，影響判斷結果。

為解決這兩個難題，對爆破振動波采用傅里葉分析并設計專門的監測方案。

1.2 監測方案設計及爆破振動波傅里葉分析

為避免監測點爆破振動波在傳播過程中可能產生疊加造成影響，在布設監測點時，采用2臺以上爆破振動監測儀器，多臺儀器與爆破中心呈直線分布，分析多臺儀器的波形數據，從而避免出現因波形疊加導致的誤判。

分析監測數據時，先采用傅里葉分析，得到爆破振動波的主頻分布，從頻譜圖中確定有無其他雜波干擾實際爆破振動波而導致的誤判。

2 現場實驗驗證

2.1 現場監測方案

為驗證方案的可行性，在某采石場進行爆破監測實驗。本次爆破實驗共起爆27個孔，采用微差爆破方法起爆，炮孔深度為12 m，起爆雷管為15 m工業電子雷管，分8個段分別延期起爆，延期時間設計見表1。爆破網路圖如圖1所示。本次實驗測點布置如圖2所示。

本次實驗采用2臺TC4850爆破振動檢測儀監測爆破振動波，測點與爆區呈直線分布，測點1與爆區中心距離約102 m，測點2余爆區距離約123 m。各測點監測到的爆破振動波如圖3所示。

2.2 爆破振動波的傅里葉分析

為避免雜波多爆破振動波的干擾，對監測到的爆破振動波采用傅里葉分析，得到振動波的主頻，確定是否存在雜波干擾。對測點2的爆破振動波進行傅里葉分析，得到爆破振動波的主頻分布如圖4所示。

根據圖4分析可知，測點2的爆破振動主頻約7 Hz，屬于低頻。從圖4中的頻率分布可以得出以下兩點結論。

（1）測點2的爆破振動波受雜波影響微小，振動波主頻集中且只有一個，可以認為基本不受雜散波的干擾。

（2）測點2爆破振動主頻較低，原因是爆破產生的振動波在傳播過程中衰減，高頻部分的衰減快于低頻部分，而測點2距離爆源較遠，接收到的爆破振動波為低頻爆破振動波。

2.3 觀察分析爆破振動波的波形識別盲炮

根據圖3，測點1和測點2實測的爆破振動波形圖，可以直觀地觀察到各爆破微差時間間隔。從測點1的震動波形圖中觀察可知，爆破波峰出現的時間約80 ms、130 ms、175 ms、225 ms、275 ms、320 ms、370 ms、415 ms。從測點2可知，爆破波峰出現時間約80 ms、130 ms、180 ms、230 ms、280 ms、330 ms。兩測點的波峰時間和實際的爆破設計的微差時間高度相似。具體對比見表2。

分析表2中的結果可知，測點1、側點2波峰間隔時間與實際爆破的微差時間高度相似。除此之外，爆破振動波的傳播中，測點1的波峰出現時刻與實際爆破時間略有差異，差異體現在測點1的波峰時刻局部略早于實際起爆時間，其原因在于波形的疊加，上一段爆破產生的振動波與本次爆破產生的振動波出現一定程度的疊加，導致波峰時間提前出現。此外，測點2的波峰出現時刻，前6段較為明顯，后兩段不明顯，是爆破振動波的衰減造成的，對比測點1和測點2的波形圖也可以看出，測點2的振幅略小于測點1。

綜合可知，本次實驗爆破未出現盲炮。

3 結語

（1）對實測的爆破振動波進行傅里葉分析，得到實測波的主頻分布情況，通過主頻數量判斷實測波是否受到雜散波的影響，是波形分析監測盲炮的先決條件。

（2）經實驗驗證，通過觀察實測爆破振動波波峰出現時間，得到微差爆破各爆破波段的間隔時間，與實際爆破方案設計中設置的爆破微差時間比較，以此判斷是否出現盲炮是可行的。

（3）通過波形分析檢測盲炮在工程實踐中有一定的運用價值，為工程人員提供了一個檢測盲炮的思路。此方法不能判斷微差爆破中同一時間段起爆的多個炮孔是否出現盲炮，具有一定的局限性。

參 考 文 獻

[1]廖敏敏.露天深孔爆破盲炮檢測研究[D].南昌：江西理工大學，2016.

[2]周向良.爆破過程中盲炮處理技術研究[J].企業技術開發，2016，35（18）：18-19.

[3]譚衛華，溫健強，李戰軍.臺階爆破大面積盲炮處理[J].礦業工程，2010，8（5）：44-45.

[4]任艷民，池恩安，江云星.露天深孔爆破盲炮研究綜述[J].工程爆破，2013，19（5）：49-53.

[5]潘玉忠，池恩安，陳斌，等.復雜地層中深孔爆破盲炮產生的原因及預防措施[J].金屬礦山，2012（2）：27-29.