基于HHT法某露天爆破振动信号分析

周运久

（安徽省司尔特肥业股份有限公司宣城市宣州区马尾山硫铁矿，安徽 宣城 242041）

本文研究借助爆破振动测试系统完成对边坡体内振动波速的监测，通过爆破振动监测与数据统计，分析爆破荷载扰动下边坡体内波速变化和衰减规律，对比分析研究数码电子雷管和高精度导爆管雷管对爆破振动的影响，通过对所测的爆破信号进行HHT分析，以便研究数码电子雷管及高精度导爆管雷管所产生的对应规律及各自的特点，对比得出各自的优势，以便更好地指导生产[1]。

1 实验装置和材料

1.1 爆破信号监测设备

爆破监测系统由中科测控有限公司生产的TC-4850N爆破测振仪及其配套的三维一体传感器以及信号处理器组成，一般将传感器固定在离爆源较近的位置，同时将传感器的X轴指向爆源，Z轴指向垂直方向。爆破振动测试仪将在爆破过程中自动采集和储存数据。

1.2 爆破振动监测试验方式

图1 试验爆区炮孔及测点布置示意图

为保证研究所收集的震动数据有效性高，本次试验分两个阶段进行：第一阶段选择先以小规模的预研试验，初期收集的数据作为下个阶段开展生产试验的参考；第二阶段再扩展至现场生产试验的方式进行，同时也是验证第一阶段数据的可靠性。

一号试验爆区炮孔使用7m脚线数码电子雷管，孔间延时时间设定为17ms和42ms，起爆点炮孔初始起爆时间设定为400ms起，每孔使用一发雷管，底部装药36kg。

二号试验爆区炮孔使用7m脚线导爆管雷管，雷管段别选用17段，该段别雷管固定延期时间400ms，每孔内使用一发雷管，孔外以2段和4段导爆管雷管连线（其固定延期时分别为17ms和42ms），底部装药36kg。

结合上述两组试验条件，在全参数要素相同的情况下，仅是使用雷管类型不同，通过爆后观察爆堆情况以及测振仪器收集到数据，数码电子雷管的质点振动振幅及振动速度均远低于导爆管雷管，且振动主频峰值到达的间隔时间明显叫导爆管雷管的长，显示爆轰波能量较为分散。进一步验证了数码电子雷管的延时精度高的优异性能，能更好保证爆破地震波峰值时间段错开，避免多个应力波峰值相互叠加，使爆破振动被放大，甚至是一定程度上可以分散的多束能量相互作用，进而导致能量衰减。

1.3 监测点位置

图2 1#测线及各测点位置示意图

在爆破振动监测中，测点位置的布置尤为重要，其能较大的影响监测数据的可靠性与准确性。在研究爆破振动波在介质中的衰减规律时，一般采用一条测线上布置多个测点的方法。在1250水平工业采场附近原有的两处测点（均在F0断层下盘）连线，向前延长至“凹”型采区内补加4个测点，布设位置要求这个测点的位置能够存在较长时间，短期内（6个月）不受采剥工程影响，利于长期跟踪监测。

表1 爆破参数及监测数据

1.4 爆破振动检测数据收集

生产试验选择在采场实际穿孔爆破的多个爆区进行振动监测，因数据量大本文主要以在采场1065平台西帮区域，两次单孔装药量都相同的爆破作业进行爆破振动监测。1065平台爆破区域位于47-51号勘探线之间西帮，设计孔深18m。爆破区域岩性由西向东依次为片岩-大理岩、矽卡岩（45-M1#）、大理岩、矽卡岩（51-M1#），爆破区域内节理构造发育，岩石较破碎，总体产状为西倾，水孔较多，总体岩石坚固性系数f为5.0。7月15日（数码电子雷管）和8月8日（导爆管雷管）两次爆破振动监测数据如表1所示。

从中1可以看出：在单次爆破作业时，随着测点距离爆区距离的增加，振动速度逐渐减小，符合爆破振动衰减的一般规律。

1.5 爆破振动速度对比分析

选取试验数据中的振动速度和爆心距分别作为横坐标和纵坐标，则X方向、Y方向、Z方向在使用不同雷管时的爆破振动速度随爆心距变化规律。通过分别比较X、Y和Z方向的振速，可以看出：由于监测点与爆破区域的地质因素，高程差等原因，两次爆破作业监测的爆破振动速度在远端反而出现较大值，呈现一定的放大效应；在相同距离时，在三个方向，使用高精度导爆管雷管爆破的振速都要大于使用数码电子雷管爆破的振速。这说明，使用数码电子雷管可以有一定的减振作用。

1.6 不同雷管爆破的频谱分析

通常，在工程爆破中监测得到分别沿地震波波阵面的切向方向、径向方向与竖直方向的三维信号。从实际的爆破振动监测得到的数据来看，通常质点竖直方向的振速都比切向与径向来的大，所以，中国和瑞典等西方国家的爆破振动强度的指标都采用质点竖直方向振速峰值。因竖直分量更具有代表性，本文亦采用竖直方向的分量的爆破振动信号作为分析对象。

选择1-6测点Z方向的两次测振信号（7月15日为信号S1，8月8日为信号S2）作为分析对象。

图4 信号S2的原始波形图

图3和图4分别为信号S1和信号S2的原始波形图。从测振数据上可以看出，虽然S1信号测点距离爆区比S2信号更近，反而在Z方向上的振速比S2信号更小，这说明数码电子雷管能够减少振动的叠加，降低爆破振动速度。

综合以上频谱分析，可以得出：在同一平台、在最大单孔装药量一致的情况下、在相同的监测点，相比使用高精度导爆管雷管，使用数码电子雷管能够有效避免爆破时的能量叠加情况，振动频率往高频发展，使其在幅值最大处的爆破振动频率增大，能量分布也更加分散。从而可以有效降低爆破震动对周围非爆岩体介质的破坏作用。

2 结语

本次通过对曼家寨采场进行对数码电子雷管及导爆管雷管在同一相邻岩性的采场试验，在钻孔深度及孔距，爆破孔网参数大致相同的状况下，得出了如下结论：①曼家寨1065平台以大理石为岩性作为采场试验采区，通过对导爆管雷管及数码电子雷管，在该平台布置孔径178mm的钻孔，数码电子雷管的质点振动振幅及振动速度均远低于导爆管雷管，且振动主频峰值到达的间隔时间明显叫导爆管雷管的长，显示爆轰波能量较为分散。验证了数码电子雷管的延时精度高的优异性能，能更好保证爆破地震波峰值时间段错开，避免多个应力波峰值相互叠加，使爆破振动被放大。②在单次爆破作业时，随着测点距离爆区距离的增加，振动速度逐渐减小，符合爆破振动衰减的一般规律。在相同距离时，在三个方向，使用高精度导爆管雷管爆破的振速都要大于使用数码电子雷管爆破的振速。这说明，使用数码电子雷管可以有一定的减振作用。③通过对爆破震动的原始信号进行HHT分析，得出在同一平台、在最大单孔装药量一致的情况下、在相同的监测点，相比使用高精度导爆管雷管，使用数码电子雷管能够有效避免爆破时的能量叠加情况，可以有效降低爆破震动对周围非爆岩体介质的破坏作用。