爆破振动测试技术探讨
露天矿山爆破振动监测及分析方法研究
露天矿山爆破振动监测及分析方法研究谭清燕，何慕平（江西铜业公司 城门山铜矿，江西 九江 ３３２１００）摘 要：某露天铜矿山工程地质、水文地质条件复杂，边坡岩性基本为泥质边坡及风化岩边坡，采区爆破采用的是中深孔爆破，爆破振动对采区固定边坡稳定性影响较大，目前采区各个方向边坡均有不同程度垮塌现象。
本文主要探索采区爆破振动监测方法及监测数据分析方法，以在保证爆破效果的前提下，控制爆破振动，确保采区固定边坡稳固。
关键词：露天铜矿；爆破振动；边坡稳定性；振动控制中图分类号：ＴＤ２３５．４６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２０）１９－０１５２－２Research on Blasting Vibration Monitoring and Analysis Method of Open Copper MineTAN Qing-yan, HE Mu-ping（Ｃｈｅｎｇｍｅｎｓｈａｎ Ｃｏｐｐｅｒ Ｍｉｎｅ ｏｆ Ｊｉａｎｇｘｉ Ｃｏｐｐｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｊｉｕｊｉａｎｇ ３３２１００，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｈｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ａｎ ｏｐｅｎ－ｐｉｔ ｃｏｐｐｅｒ ｍｉｎｅ ａｒｅ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ， ｔｈｅ ｓｌｏｐｅ ｉｓ ｂａｓｉｃａｌｌｙ ｍｕｄｄｙ ｓｌｏｐｅ ａｎｄ ｗｅａｔｈｅｒｅｄ ｒｏｃｋ ｓｌｏｐｅ， ａｎｄ ｔｈｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｎｉｎｇ ａｒｅａ ｉｓ ｍｅｄｉｕｍ－ｄｅｅｐ ｈｏｌｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ． Ｔｈｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｈａｓ ａ ｇｒｅａｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｘｅｄ ｓｌｏｐｅ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｎｉｎｇ ａｒｅａ． Ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ， ｔｈｅ ｓｌｏｐｅ ｉｎ ａｌｌ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｎｉｎｇ ａｒｅａ ｈａｓ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｅｇｒｅｅｓ ｏｆ ｃｏｌｌａｐｓｅ． Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｍａｉｎｌｙ ｅｘｐｌｏｒｅｓ ｔｈｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｍｉｎｉｎｇ ａｒｅａ ａｎｄ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｄａｔａ， ｓｏ ａｓ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｆｉｘｅｄ ｓｌｏｐｅ ｉｎ ｍｉｎｉｎｇ ａｒｅａ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｐｒｅｍｉｓｅ ｏｆ ｅｎｓｕｒｉｎｇ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ．Keywords: Ｏｐｅｎ ｐｉｔ ｃｏｐｐｅｒ ｍｉｎｅ； Ｂｌａｓｔｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ； Ｓｌｏｐｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ； Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ该矿作为凹陷露天铜矿山，采区爆破均为中深孔爆破，采用“电子雷管+起爆药+乳化炸药”模式。
爆破振动信号分析技术研究
爆破振动信号分析技术研究由于爆破振动信号具有短时非平稳的特点，传统的傅里叶变换不能满足爆破振动信号的研究，现已出现了很多信号分析方法。
本文结合现代爆破振动信号分析常用的傅里叶变换、短时傅里叶变换、小波变换、小波包变换、HHT变换的原理分析了各种方法的优缺点，并简述爆破振动分析技术的研究现状。
标签：爆破振动信号；傅里叶变换；技术1 引言现代爆破技术越来越广泛地应用于矿山、水利、交通、隧道开挖等工程。
在完成岩石爆破破碎的同时，必会伴生爆破飞石、地震波、噪音、粉尘等爆破公害。
爆破地震波对周围建筑物的影响即爆破地震效应产生的破坏作用可谓爆破公害之首，爆破振动危害控制一直是国内外爆破安全技术的重要研究课题。
爆破振动信号的分析技术又是研究爆破振动控制的基础和前提。
对实测的爆破地震波采用各种数字信号处理技术进行分析和处理，提取信号的时频特征，一直是爆破振动信号分析的主要研究方向之一。
爆破地震波作为一种由爆炸应力波转换而来的、在岩土介质中传播的能量逐渐衰减的扰动，所产生的振动信号具有短时、突变快等特点，是一种典型的非平稳随即信号[1]。
基于平稳信号理论的傅里叶变换在爆破振动信号分析中存在极大的局限性，目前已出现了很多信号分析方法。
本文将简单介绍现代爆破振动信号分析中常用的傅里叶变换、短时傅里叶变换、小波变换、小波包变换以及HHT 变换在爆破振动信号处理中的应用，并从时频局部化和分辨率等方面较为详细地阐述各种方法的优缺点。
2 傅里叶变换（FT）FT具有良好的频域分辨率，基函数易于分解，且计算方便，同时由于库利和图基开创了快速算法，使其在爆破振动信号分析中的得到了广泛地应用。
宋熙太[2]通过FT对大型洞室爆破实验进行分析，指出爆破远区爆破振动波的各种成分可在时空上彼此分离；并认为远区波谱地震波的传播是一线性过程。
E D Siskind论述了频谱成分和响应谱在采矿爆破振动中的应用。
张奇等通过FT指出爆破地震波频谱特性与测点距离、传播路径、装药量等有一定的相关性。
第三课时 爆破振动测试
E
直线原则
选择监测点时，遵循同一直线上布点
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三：布点位置
监测点 爆破距离
A B
C D
10m 20m
40m 80m
对数原则
同一监测线上，布点距离遵循对数原则 近爆破中心集中布点，方便线性回归
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爆破振动测试若干技术问题
1测点布置
在爆破振动测试工作中，测点布置占有极其重要 的地位，直接影响爆破振动测试的效果及观测数据的 应用价值，测点数目过少，观测数据不足以说明问题， 或使描述的现象精度很低；测点数目过多，所需仪器 数量及测试工作量较大。如果测点布置不当，即使测 点数目很多，但那些布置不合理的测点的观测数据也 无应用价值。确定测点数目及测点位置主要是根据测 试的目的和现场条件等因素。一般应考虑以下几点。
求记录设备能完全真实地记录、存贮所测量的振动信
号，以确保分析结果的可靠和精确度。
4测振系统的标定 爆破振动测试系统中各种仪器、设备的性能参数 对测试结果的可靠性及精度都具有很重要的意义。在 仪器出厂前，生产厂家对各种仪器的性能指标参数都 进行了校准测试。但用户在使用中为确保振动测试的 质量，往往需要对测振仪器的主要性能参数进行定期 标定和检验。
0 2 0
此二阶线性微分方程的解包括齐次方程的通解和 非齐次方程的特解两部分，通解代表系统的自由振动， 特解为强迫振动。由于系统具有阻尼，自由振动项在 阻尼的作用下很快消失，可忽略不计，故只考虑代表 稳态振动的强迫振动。其解为：
y (t ) y si式也就是传感器的响应方程。式中
若用输出电压表示则为
由上式可知：压电式加速度计的输出电荷或输出 电压与被测物体的振动加速度成正比。 12
压电式加速度计的主要性能及特性
工程爆破引起的振动速度计算经验公式及应用条件探讨
工程爆破引起的振动速度计算经验公式及应用条件探讨程 康 , 沈 伟 , 陈庄明 , 武金贵(武汉理工大学 土木工程与建筑学院 ,武汉430070) 摘 要 : 分析总结了工程爆破界对于爆破振动速度计算的经验公式 。
根据相似理论 ,推导了爆破振动速度计算的公式 。
研究结果发现 ,在地形 、地质和使用炸药种类不变的情况下 ,爆破引起的地面振动速度与最大起爆药量 Q 、爆源距 测点的直线距离 R 、以及爆破作用指数 n 有关 。
只有在集中药包 、标准抛掷爆破条件下 , 爆破振动速度的计算公式 , 才适 合于前苏联学者萨道夫斯基提出的经验公式 。
把深孔直列药包 , 假定为无数个等效集中药包 , 提出了深孔爆破的振动速 度计算公式 , 并应用于工程实际中 。
关键词 : 爆破振动 ;计算公式 ;应用条件 ;相似分析中图分类号 : T D235. 1文献标识码 : AI n qu i ry i n to ca lcu l a t i o n for m u l a for v i bra t i on ve loc ity i n ducedby en g i n e er i n g b l a st i n g an d its a pp l i ca t i o n con d it i o n sCH EN G Kang, SH E N W ei, CH EN Z huang 2m ing, W U J in 2gu i( Schoo l of C i vil En ginee r ing and A rch i tec t u r e, W uhan U n i ve r sity of Techno l og y, W uhan 430070, Ch i na )A b s tra c t : The ca l cu l a t i o n f o r m u l a s f o r b l a s ti ng vi b ra t i o n ve l o c ity i n engi nee ri ng we re summ u r iz ed. si m il a rity theo ry, the f o r m u l a t o e s ti m a t e the b l a s ti ng vi b r a t i o n ve l o c ity wa s de r i ved. U n de r the sam e te r ra i n, cond i ti o n s and w i th the sam e amoun t of ex p l o s i ve s , the gr ound vi b r a t i o n ve l o c ity dep e nd s on the m a xi m u mB a s ed ongeo l o gi ca l amoun t of p ri m a r y ex p l o s i ve ( Q ) , d i stance fr om ex p l o s i o n sou r ce t o m e a s u r i ng po i n t ( R ) and b l a s ti ng ac t i o n i ndex ( n ) . The ca l cu l a ti o n f o r m u l a, p u t f o r w a rd by p revi o u s U SSR scho l a r, is effec ti ve on l y a t the cond iti o n s of standa rd th r o w b l a s ti n g and concen tra ted ca rtri dge . A cco rd i ng t o equ i va l ence p ri nc i p l e , li nea rl y d istri bu ted cha rge wa s a ssum ed a s num e r ou s equ i va l en t concen tra ted cha rge s and the equa ti o n of deep 2ho l e b l a sti ng wa s de ri ved, wh ich is ge tti ng succe ss i n p r ac t i c a l engi nee r i ng app li ca t i o n s .Key word s : b l a s ti ng vi b ra t i o n; ca l cu l a t i o n f o r m u l a; app li ca t i o n cond i ti o n s ; op ti m u m ana l ysis爆破种类 (如硐室爆破 、深孔和浅孔爆破 、拆除爆破 ) 、 和爆破条件 (松动爆破 、抛掷爆破 ) , 统统都采用该公式 进行爆破振动安全计算和校核 , 缺乏一定的理论依据 。
爆破振动测试技术探讨
爆破振动测试技术探讨1 爆破振动波时频特性爆破地震与天然地震主要区别在于时频特征差异。
天然地震振动时间较长，一次振动能持续几秒至几十秒，而爆破地震持续时间很短，一次振动只有几十毫秒～几秒，常用的毫秒延期雷管段数为15段以内，15段雷管延时为1秒。
更长的延时依靠接力传爆，但爆破震动波持续时间大多数在3秒以内完成，所以时域特性来看爆破地震的单次记录时间不会很长。
另外从振动次数上来看，天然地震常伴有多次余震，而爆破震动大多数是一次完成，也有采石场或某些石方开挖爆破工程中，需要多次爆破或长期生产爆破，地震波作用造成的危害会不断累加，产生疲劳破坏。
因此对于多次或长期爆破产生震动应作多段爆破记录。
爆破地震波的频域特性上，主振频率较高，一般爆破振动主频在5Hz～300Hz，爆破地震频率受多种因素影响，而建筑物对各频率震波的动力响应关系与振动危害性密切相关。
根据国内外众多测试资料分析表明，一方面爆破地震波随着传播距离的增加，其振动主频不断降低；另一方面爆破地震波主频受爆破类型、装药结构、地形地质条件等多种因素影响。
为了获得真实的爆破振动信号，在爆破振动检测前应当初步估计爆破地震波的主振频率特征，从而更好地设定记录仪的采样频率、选择合理的传感器响应频率，才能有效地满足爆破振动测试的要求。
2爆破振动检测设备目前爆破振动测试所用仪器类型很多，随着计算机技术的发展，数字式记录仪越来越多，有国产的也有进口的，数字式记录仪使用更方便、可靠，但缺乏统一的标准。
此外传感器的选型和安装尚无统一的规定和要求，振动数据的分析软件各不相同，所以很多爆破振动测试并没有规范，甚至有些测试数据可信度较低。
下面对爆破振动测试技术现状作简要介绍。
2.1 振动速度传感器2.1.1 传感器频率要求前面已论述过爆破地震波的频域特性，大多数情况下爆破地震频率范围在5Hz～300Hz。
选用的振动速度传感器频率响应范围一般宜在3Hz～500Hz，但一般国产振动速度传感器频率范围较窄，大多数传感器低频域高于10Hz，低频域小于10Hz的传感器高频域又只能到80Hz，这类传感器基本不能用于完整的爆破振动测试。
爆破振动测试
爆破振动测试爆破振动测试是一种常用的工程测量方法，广泛应用于建筑、矿业和地质领域。
该测试方法通过模拟真实的爆炸振动，评估结构、地质及相关设备对振动的响应。
本文将介绍爆破振动测试的原理、应用以及实验步骤，并探讨其在工程领域中的重要性和局限性。
爆破振动测试主要用于评估结构的承载能力、地基的稳定性以及设备的工作状态。
通过监测和分析爆破产生的振动波形，可以了解结构在振动载荷下的响应特性，从而判断其安全性和稳定性。
同时，该方法还可以用于确定爆破振动对周围环境的影响，包括建筑物、道路、管线等。
通过对爆破振动进行实时监测和评估，可以减少结构破坏风险，保护环境和人员的安全。
爆破振动测试的原理是通过设置合适的测试装置，将测试点与爆炸源相连，然后在安全条件下进行爆破操作。
在爆破过程中，振动传感器会记录下振动信号，然后通过数据采集系统进行实时监测和记录。
通过分析振动信号的频率、幅值和时域特性，可以得出结构对振动的响应情况。
同时，也可以通过振动参量的计算和分析，对振动传播规律进行研究和预测。
爆破振动测试在实际应用中具有广泛的意义和价值。
首先，它可以用于评估建筑结构的耐震性能，为工程设计提供依据。
通过对结构的动力响应特性进行研究，可以提高建筑物的抗震能力，保护人员生命财产安全。
其次，爆破振动测试还可以用于地质勘探，帮助确定地下岩体的力学性质和稳定性。
这对于矿山开采和隧道建设等领域具有重要意义。
此外，该方法还可以用于评估设备的可靠性和工作状态，提高设备的运行效率和使用寿命。
实施爆破振动测试的步骤主要包括：选择合适的测试点和爆破源位置、安装振动传感器和数据采集系统、进行爆破操作，并实时采集振动信号、分析和评估振动数据以及撰写测试报告。
在测试过程中，需要注意安全问题，确保测试的可靠性和准确性。
此外，还需要进行合理的数据处理和分析，综合考虑爆破振动的频率、幅值和时域特性，进行结构响应预测和评估。
然而，爆破振动测试也存在一些局限性。
爆破振动频率特性的测试与研究
的频率特性 , 对于降低爆破振动效应 , 减少爆破振 动测试误差 , 指导爆破设计均具有重要意义 。 2 爆破振动频率特性的分析方法 211 根据时域波形计算爆破振动波主震相频率
这是最早的爆破振动频率的分析方法 。爆破振 动频率比较复杂 , 不是单一的简谐波 。爆破振动测 试记录的是时域波形 , 可分为初震相 、主震相和余 震相 , 如图 1 所示 。在时域波形图上 , 根据主震相 的周期 , 用直观分析法可计算出爆破振动波主频 率〔2〕。量取最大振幅相邻两个峰或两个谷之间的 时间 T (即周期) , 其倒数即为主震相的频率 , f = 1/ T。人们认为此频率即为该振动波形中占优势的 频率 , 即主频率 。
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频率存在 , 见图 2 (b) 和 (c) 。 由于宽带频谱在比较宽的范围内 , 各谐波频率
的能量都比较大 , 不应忽略 。因此 , 仅用一个主频 率分析爆破振动对建 (构) 筑物的破坏作用是不全 面的 , 宜采用主频带作为评价爆破振动频率特性的 特征参数 。
主频带是指能量达到某一数值 (一般可取主频 率能量的 70 %) 的谐波频率所构成的频率区间 。 3 爆破振动波频率特性的测试与分析
目前 , 人们广泛采用地震波的主频率来分析爆 破振动效应 , 论述爆破振动作用对建 (构) 筑物的
爆破振动频率特性的测试与研究
破坏情况 。 由于爆破振动波受爆源 、爆破方法 、地质 、地
形等多种因素的影响 , 所以爆破振动波的频域波形 是多种多样的 。对于有若能量较大频率 , 只取其一 (即主频) 而舍其余 , 显然是不合理的 。因此 , 根 据频域波形的特点 , 采用主频率和主频带结合的方 法 , 综合分析爆破振动波的频谱特性 , 更全面地反 映了爆破振动的频率特性 。
爆破振动测试
爆破振动测试爆破振动测试是一种重要的振动测试方法，广泛应用于工程领域。
本文将介绍爆破振动测试的原理、应用范围以及相关的测试技术。
爆破振动测试是一种利用爆炸或类似爆炸的载荷产生的振动进行结构和土壤等动力响应的测试方法。
它通过分析振动信号的频率、振幅和相位等参数，评估被测结构的动力性能和土壤的弹性特性。
由于爆炸载荷具有广泛、快速、有效的特点，爆破振动测试在土木工程、岩土工程、地基工程等领域得到了广泛应用。
爆破振动测试的原理是：当爆炸载荷作用于物体时，产生的冲击波通过物体的传导、反射和散射等方式传递，引起物体的振动。
这些振动信号可以通过合适的传感器（如加速度计、应变计等）进行测量和记录。
通过测量和分析这些振动信号，可以得到被测结构的振动响应信息，从而评估结构的安全性和土壤的力学特性。
爆破振动测试在工程领域有着广泛的应用。
首先，它可以用于评估建筑物和结构物的安全性。
通过测量结构物受到爆炸载荷产生的振动响应，可以判断结构物的稳定性和耐震性能，为设计和改进结构提供重要参考。
其次，爆破振动测试在地基工程中也有着重要作用。
通过测量地基土壤受到爆炸载荷产生的振动响应，可以评估土壤的力学性质，为地基设计和建设提供依据。
此外，爆破振动测试还可以应用于控制爆破、矿山震动和环境监测等方面。
在爆破振动测试中，还有一些相关的测试技术需要注意。
首先是传感器的选择和安放。
不同类型的传感器适用于不同的测试需求，而且传感器的位置和布置也会影响测试结果的准确性。
其次是数据采集和处理的方法。
采集到的振动信号需要进行数字化处理和分析，以提取有效的振动参数。
最后是结果的解读和评估。
通过对测试结果的综合分析，可以得出科学合理的结论，并采取相应的措施。
总之，爆破振动测试是一种重要的振动测试方法，应用范围广泛，可以用于评估结构物的安全性和土壤的力学特性。
在进行测试时，需要注意传感器的选择和安放、数据采集和处理的方法以及结果的解读和评估。
通过爆破振动测试的应用，可以为工程设计和施工提供科学依据，保障工程的安全和可靠性。
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爆破振动测试技术探讨
的现状，分析了爆破振动测试中的技术要点和存在的问题，提出了爆破振动测试和分析的注意事项，探讨了爆破振动测试技术的发展动态。
1 爆破振动波时频特性
爆破地震与天然地震主要区别在于时频特征差异。
天然地震振动时间较长，一次振动能持续几秒至几十秒，而爆破地震持续时间很短，一次振动只有几十毫秒～几秒，常用的毫秒延期雷管段数为15段以内，15段雷管延时为1秒。
更长的延时依靠接力传爆，但爆破震动波持续时间大多数在3秒以内完成，所以时域特性来看爆破地震的单次记录时间不会很长。
另外从振动次数上来看，天然地震常伴有多次余震，而爆破震动大多数是一次完成，也有采石场或某些石方开挖爆破工程中，需要多次爆破或长期生产爆破，地震波作用造成的危害会不断累加，产生疲劳破坏。
因此对于多次或长期爆破产生震动应作多段爆破记录。
爆破地震波的频域特性上，主振频率较高，一般爆破振动主频在5Hz～300Hz，爆破地震频率受多种因素影响，而建筑物对各频率震波的动力响应关系与振动危害性密切相关。
根据国内外众多测试资料分析表明，一方面爆破地震波随着传播距离的增加，其振动主频不断降低；另一方面爆破地震波主频受爆破类型、装药结构、地形地质条件等多种因素影响。
为了获得真实的爆破振动信号，在爆破振动检测前应当初步估计爆破地震波的主振频率特征，从而更好地设定记录仪的采样频率、选择合理的传感器响应频率，才能有效地满足爆破振动测试的要求。