CN104197795A - 一种基于爆破声压测试的现场雷管延时精度测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于爆破声压测试的现场雷管延时精度测试方法，将雷管按串联或并联的方式布置在一个圆周上，并在圆心处不同高度布置多台声压传感器，起爆后获得各雷管爆破激发的空气冲击波压力曲线或声压曲线；再利用适合非平稳信号分析的小波分析方法对实测波形进行分析，并求得波形的时能密度曲线，以获得每一段声波到达的精确时间，扣除声波在空气中传播所用时间，得到雷管的精确延期时间。其优点是：在一个起爆网络中同时布置多个段号的雷管，可同时测得每个雷管的延期时间。操作简单，效率高，而且分析结果可靠，成本低廉。在爆破施工现场中易于应用，能够实时动态地检验毫秒雷管的精度，根据试验场地的不同地形，可灵活布置起爆网络。

Description

一种基于爆破声压测试的现场雷管延时精度测试方法

技术领域

本发明涉及一种基于爆破声压测试的现场雷管延时精度测试方法，适用于水电、交通、矿山等领域地下工程爆破开挖时毫秒雷管的精度测定。

背景技术

随着我国西南地区水电开发的进一步深入以及矿产资源开采深度的日益增加，地下工程将越来越多地应用在国民经济基本建设各个领域，而且大多数的边坡工程涉及到地下洞室的爆破开挖。近年来，随着工程实践的不断发展，爆破技术和爆破振动控制措施取得了巨大的进步，但岩土介质的复杂性给爆破控制技术的研究带来了较大的困难，如何在复杂的周边环境和施工条件下，使保护对象所受影响在工程许可范围内，快速经济的进行地下洞室的爆破开挖仍是工程难点。

现在的钻爆工艺已经在飞速地发展，目前较为成熟的有光面爆破、微差爆破、预裂爆破和洞室爆破等。利用毫秒量级间隔，实现按顺序起爆的方法称为微差爆破。微差爆破是一种毫秒级的延期爆破，使各药包造成的能量场相互影响而产生一系列良好的爆破效果，是使用最为广泛的爆破技术，常见于地下掘进爆破和露天台阶深孔爆破之中。所以雷管的精度对爆破开挖的结果有着至关重要的影响，有必要对开挖所用的雷管精度进行测试。

已有的雷管精度测量方法根据测量原理大致可以分为三类：第一类是传统导爆管雷管精度的测定方法——声光电法，原理是将导爆管雷管放入声音传导管中，以引爆雷管产生的光信号为记录开始标志，以雷管爆炸产生的声音信号为记录关闭标志，导爆管雷管的延期时间就是它们的时间差减去爆轰波在导爆管内的传播时间和声波在传导管中的传播时间，导爆管雷管延期时间在测定实施过程中，是以光开声关来记录的。第二类则采用特殊的设备——防爆箱来进行试验，原理是将待测试雷管放在特殊容器中，用一发雷管作为激发雷管，激发雷管起爆后喷出的火焰被光信号接收器接收后，测时仪启动；当被测的雷管被导爆索引爆后，其喷出的火焰被光讯号接收器接收，测时仪停止，测时仪记录的时间即是被测的某一导爆管雷管的延期时间。第三类是测震法，原理是通过爆破振动传感器和记录仪记录导爆管雷管的爆破振动波形,经过分析振动波形，找出波形中前后各有一个最大波峰或波谷,这两个波峰或波谷对应的时间就是引爆导爆管和导爆管雷管爆炸时刻,以这两个时刻的时差减去爆轰波在导爆管中传播的时间和声波在传导管中的传播时间,就是导爆管雷管的延期时间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于爆破声压测试的现场雷管延时精度测试方法，利用常规的爆破作业，操作方便可靠、效率高，能够在爆破施工过程中随时测量雷管的精度。

一种基于爆破声压测试的现场雷管延时精度测试方法，包括如下步骤：

步骤1，布置雷管，各雷管所激发的声波传播路线不重叠；

步骤2，在已有的钻爆参数基础上，用导爆索引爆所有的雷管；

步骤3，在不同的爆心距处布置多个声压监测仪，接收爆炸传来的声波信号，并记录波形数据；

步骤4，用小波分析及时能密度方法确定每个波段中波峰开始时刻，根据突峰位置得到各微差段爆炸所产生的声波的到达时刻，从而获得各段雷管的实际起爆延迟时间；

步骤4具体包括如下子步骤：

4.1)根据所得到的波形文件，确定爆炸开始时间，记为T₀；

4.2)找出随后每个波峰开始时刻，记为T_n；

4.3)测出每个炮孔中雷管与监测器的距离S_n；

4.4)用测得的数据根据下述公式计算出各个雷管的延期时间当雷管串联布置时

$\left\{\begin{array}{c}{t}_1=T_1-T_0-\frac{S_1}{v}(n=1)\\ t_n=T_n-T_0-\frac{S_n}{v}-\underset{i=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{t}_i(n>1)\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中：t_n—雷管的延期时间，ms；

T₀—记录开始时间，实际T₀取0；

T_n—每段波峰开始时刻，ms；

v—声波在空气中的传播速度，取340m/s；

S_n—雷管到监测仪的距离；

当雷管并联布置时

$t_n=T_n-T_0-\frac{S_n}{v}-\mathrm{\Δt}---\left(2\right)$

式中：t_n—雷管的延期时间，ms；

T₀—记录开始时间，实际T₀取0；

T_n—每段波峰开始时刻，ms；

v—声波在空气中的传播速度，取340m/s；

S_n—雷管到监测仪的距离；

Δt—爆轰波在导爆管中的传播时间。

所述雷管的布置方式为8个雷管均布在圆周上，雷管之间为并联或者串联。

小波变换是一种信号的时间-尺度(时间-频率)分析方法，它具有多分辨率分的特点，而且在时频两域都具有表征信号局部特征的能力，在低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨率，在高频部分具有较高的时间分辨率和较低的频率分辨率，很适合探测正常信号中夹带的瞬间反常现象并展示其成份。

对任意能量有限的函数f(t)，关于ψ(t)的连续小波变换定义如下：

$W_f(a,b)=\⟨f,{\mathrm{\ψ}}_{a,b}\⟩={\left|a\right|}^{-\frac{1}{2}}\underset{R}{\∫}f\left(t\right)\stackrel{\‾}{\mathrm{\ψ}}\left(\frac{t-b}{a}\right)\mathrm{dt}---\left(3\right)$

上式中的a、b分别为伸缩因子和平移因子。根据Moyal内积定理，有下式成立：

$\frac{1}{C_{\mathrm{\ψ}}}\underset{R}{\∫}\frac{\mathrm{da}}{a^2}\underset{R}{\∫}{\left|W_f(a,b)\right|}^2\mathrm{db}=\underset{R}{\∫}{\left|f\left(t\right)\right|}^2\mathrm{dt}---\left(4\right)$

上式表明，小波变换幅度平方的积分和被分析信号的能量成正比。根据能量密度的概念，式(4)可以写成：

$\underset{R}{\∫}{\left|f\left(t\right)\right|}^2\mathrm{dt}=\underset{R}{\∫}E\left(b\right)\mathrm{db}---\left(5\right)$

式中：

$E\left(b\right)=\frac{1}{C_{\mathrm{\ψ}}}\underset{R}{\∫}\frac{1}{a^2}{\left|W_f(a,b)\right|}^2\mathrm{da}---\left(6\right)$

小波变换中，尺度a在一定意义上对应于频率ω，因此(6)式给出了信号所有频带的能量随时间b的分布情况，称为时能密度函数。实际应用中，可以通过改变上式的积分上、下限，使积分区间落在待分析信号的某频率范围内，从而得到该频带内信号能量密度随时间的分布特征。

如将某次爆破作为一个系统来考虑，则每一段雷管的起爆就是向系统输入能量的过程，每一段雷管起爆必然引起系统内能量密度的改变。因此，可以适当选取积分上、下限，按(6)式计算单段爆破振动信号主频段内的能量密度，并画出其时-能密度图。根据图中出现的突峰位置即可得到各微差段爆炸所诱发的振动的到达时刻，从而得各段雷管的实际起爆延迟时间。

本发明的原理在于：根据雷管爆炸产生的声波在空气中传播的原理，选择一块空旷、平整场地，在无风的条件下，将雷管按串联或并联的方式布置在一个圆周上，并在圆心处不同高度布置3台声压传感器，然后起爆，获得各雷管爆破激发的空气冲击波压力曲线或声压曲线；再利用适合非平稳信号分析的小波分析方法对实测波形进行分析，并求得波形的时能密度曲线，以获得每一段声波到达的精确时间，扣除声波在空气中传播所用时间，便得到雷管的精确延期时间。在一个起爆网络中同时布置多个段号的雷管，可同时测得每个雷管的延期时间。

本发明基于爆破声压测试的现场雷管延时精度测试方法的优点是：在一个起爆网络中同时布置多个段号的雷管，可同时测得每个雷管的延期时间。操作简单，效率高，而且分析结果可靠，成本低廉。在爆破施工现场中易于应用，能够实时动态地检验毫秒雷管的精度，根据试验场地的不同地形，可灵活布置起爆网络。

附图说明

图1a为雷管串联布置时与监测器位置的平面图；

图1b为雷管串联布置时与监测器位置的侧视图。

图2为雷管串联布置时记录的波形图。

图3为实施例一的时能密度图。

图4 a为雷管并联布置时与监测器位置的平面图；

图4 b为雷管并联布置时与监测器位置的侧视图。

图5为雷管并联布置时记录的波形图。

图6为实施例二的时能密度图。

具体实施方式

实施例一

下面结合附图，对本发明进行进一步说明。如图1a、图1b、图2、图3所示，雷管串联布置。在某宽阔平整、空旷的场地中，将雷管按照段号大小的顺序依次布置在半径为8m的圆周上，相邻雷管之间的夹角为45°。为了使结果更加准确，试验在无风的环境下进行，并且在圆心处不同高度布置三个声压监测器及记录仪，监测器之间的高差为2m。将雷管串联成如图1所示的由MS1、MS3、MS5、MS7、MS9、MS11、MS13、MS15以及起爆器组成的起爆网络。

按上述联网进行起爆，记录爆炸发生时刻，此后导爆管雷管由于延期时间不同而依次爆炸，爆炸产生的声波传至监测点被监测设备接收。将测得的数据进行处理，最终得到的波形图象如图2所示，图象中包含多个波段，理论上波段个数与雷管数量一致。

用小波分析及时能密度方法确定每个波段中波峰开始时刻，根据图3中出现的突峰位置即可得到各微差段爆炸所产生的声波的到达时刻，从而得各段雷管的实际起爆延迟时间。

具体实施过程如下：

1)确定爆炸开始时间，记为T₀；

2)找出随后每个波峰开始时刻，记为T_n；

3)测出每个炮孔中雷管与监测器的距离S_n；

4)用测得的数据根据公式(1)计算出各个雷管的延期时间。

实施例二

如图4a、图4b、图5、图6所示，雷管并联布置。在某宽阔平整、空旷的场地中，将雷管按照段号大小的顺序依次布置在半径为8m的圆周上，相邻雷管之间的夹角为45°。为了使结果更加准确，试验在无风的环境下进行，并且在圆心处不同高度布置三个声压监测器及记录仪，监测器之间的高差为2m。将所有雷管脚线接在一起，并联成如图4所示的由MS1、MS3、MS5、MS7、MS9、MS11、MS13、MS15以及起爆器组成的起爆网络。

按上述联网进行起爆，记录爆炸发生时刻，此后导爆管雷管由于延期时间不同而依次爆炸，爆炸产生的声波传至监测点被监测设备接收。将测得的数据进行处理，最终得到的波形图象如图5所示，图象中包含多个波段，理论上波段个数与雷管数量一致。

用小波分析及时能密度方法确定每个波段中波峰开始时刻，根据图6中出现的突峰位置即可得到各微差段爆炸所产生的声波的到达时刻，从而得各段雷管的实际起爆延迟时间。

具体实施过程如下：

1)确定爆炸开始时间，记为T₀；

2)找出随后每个波峰开始时刻，记为T_n；

3)测出每个炮孔中雷管与监测器的距离S_n；

4)用测得的数据根据公式(2)计算出各个雷管的延期时间。

Claims (2)

1.一种基于爆破声压测试的现场雷管延时精度测试方法，其特征在于包括如下步骤：

⑴布置雷管，各雷管所激发的声波传播路线不重叠；

⑵在已有的钻爆参数基础上，用导爆索引爆所有的雷管；

⑶在不同的爆心距处布置多个声压监测仪，接收爆炸传来的声波信号，并记录波形数据；

⑷用小波分析及时能密度方法确定每个波段中波峰开始时刻，根据突峰位置得到各微差段爆炸所产生的声波的到达时刻，从而获得各段雷管的实际起爆延迟时间；具体包括如下子步骤：

(4.1)根据所得到的波形文件，确定爆炸开始时间，记为T₀；

(4.2)找出随后每个波峰开始时刻，记为T_n；

(4.3)测出每个炮孔中雷管与监测器的距离S_n；

(4.4)用测得的数据根据下述公式计算出各个雷管的延期时间当雷管串联布置时

$\left\{\begin{array}{c}{t}_1=T_1-T_0-\frac{S_1}{v}(n=1)\\ t_n=T_n-T_0-\frac{S_n}{v}-\underset{i=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{t}_i(n>1)\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中：t_n—雷管的延期时间，ms；

T₀—记录开始时间，实际T₀取0；

T_n—每段波峰开始时刻，ms；

v—声波在空气中的传播速度，取340m/s；

S_n—雷管到监测仪的距离；

当雷管并联布置时

$t_n=T_n-T_0-\frac{S_n}{v}-\mathrm{\Δt}---\left(2\right)$

式中：t_n—雷管的延期时间，ms；

T₀—记录开始时间，实际T₀取0；

T_n—每段波峰开始时刻，ms；

v—声波在空气中的传播速度，取340m/s；

S_n—雷管到监测仪的距离；

Δt—爆轰波在导爆管中的传播时间。

2.如权利要求1所述的基于爆破声压测试的现场雷管延时精度测试方法，其特征在于：所述雷管的布置方式为8个雷管均布在圆周上，雷管之间为并联或者串联。