CN111426243B - 基于爆源近区不同炮孔微差振动合成的爆破参数确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道爆破技术领域，提供了一种基于爆源近区不同距离炮孔微差爆破振动合成的爆破参数确定方法，在测振点实测炮孔起爆后的振动波形，从实测振动波形中分离出若干个炮孔的实测单孔波形；对实测单孔波形对应的振速、药量和爆源距进行回归分析，确定振速峰值衰减函数、振速峰值包络线函数；后期爆破设计时，结合上述函数和后期爆破参数进行波形构造，得到多个预测单孔波形，将多个预测单孔波形进行叠加得到预测合成波形；根据预测波形合成情况确定各炮孔的最佳延期时间。本发明在综合考虑多个单孔波形的思想下，通过对基础波形进行变换，并对得到的各段单孔波形进行叠加，使得对振动波形的预测更为精确，同时还可以设计出最佳的爆破参数。

Description

基于爆源近区不同炮孔微差振动合成的爆破参数确定方法

技术领域

本发明涉及隧道爆破技术领域，特别涉及一种基于爆源近区不同距离炮孔微差爆破振动合成的爆破参数确定方法，尤其适用于对振速控制要求精准以保护中夹岩的小净距隧道施工。

背景技术

振动预测是爆破工程设计施工的重要依据，也是目前振动控制研究的热点。精确的振动波形预测有助于爆破设计在满足振速要求的前提下对相应的爆破参数尤其是延期时间进行精准的确定，从而既保证了施工的安全，又提高了爆破效率。现在通常用单段药量和振速峰值拟合经验公式(如萨道夫斯基公式)，从而振速峰值的预测。但当多个同段导爆管雷管同时起爆时，各雷管起爆时刻具有很大离散性和随机性，这使得振速峰值也有很大随机性，从而使经验公式的预测结果有误差。其次，实际爆破中的振速峰值是多段雷管爆破后叠加波形的振速峰值，需要考虑微差时间对于叠加振速峰值的影响，而经验公式没有考虑微差时间对振速峰值的影响，这也使经验公式预测法有一定误差。

目前所热门研究的是将实测单孔波形通过线性叠加的方法以得到完整的微差爆破振动波形，尤其是适用于精确延时的电子雷管微差爆破振动波形预测。但很多研究没有考虑不同药量和爆源距下单孔波形的差异，而是假设所有的单孔波形都相同。然而精确预测爆破振动波形时，这种差异是不能忽略的。尤其是在爆源近区的振动预测，不仅不能忽略各段爆破药量的差异，炮孔与炮孔之间的距离和炮孔与测振点之间的距离数量级相差不大。如果在预测爆源近区的振动波形时仍然把爆源等效为一个点显然是不合适的。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种基于爆源近区不同距离炮孔微差爆破振动合成的爆破参数确定方法，对爆破产生的振动波进行预测并确定最佳延期时间。

本发明采用如下技术方案：

一种基于爆源近区不同距离炮孔微差爆破振动合成的爆破参数确定方法，所述方法在测振点实测炮孔起爆后的振动波形，从实测振动波形中分离出若干个炮孔的实测单孔波形；在所述实测单孔波形中选择基础单孔波形；对所述实测单孔波形对应的振速、药量和爆心距进行回归分析，确定振速峰值衰减函数、振速峰值包络线函数；后期爆破设计时，根据所述基础单孔波形、振速峰值衰减函数、振速峰值包络线函数和后期爆破参数进行波形构造，得到多个预测单孔波形；将多个所述预测单孔波形按备选延期时间进行叠加，得到该备选延期时间的预测合成波形；根据不同备选延期时间的所述预测合成波形确定各炮孔的最佳延期时间。

进一步的，所述方法包括如下步骤：

S1、试爆前测量并记录各段炮孔与测振点的距离及各炮孔装药量；

S2、在测振点实测炮孔起爆后的振动波形，从实测振动波形中分离出若干个炮孔的实测单孔波形，并从中选取1～2组实测单孔波形作为基础单孔波形；

S3、波形相关函数的确定：所述波形相关函数包括振速峰值衰减函数和振速峰值包络线函数；对所述实测单孔波形的振速峰值、炮孔药量、爆源距离进行回归分析，得到振速峰值衰减函数；对所述实测单孔波形进行包络线拟合，得到包络线系数，进而得到振速峰值包络线函数；

S4、后期爆破设计时，将S2中选取的基础单孔波形结合S3所得函数和后期爆破参数进行波形重构，得到多个预测单孔波形，将多个所述预测单孔波形按备选延期时间进行叠加，得到该备选延期时间的预测合成波形；

S5、根据不同备选延期时间的所述预测合成波形确定各炮孔的最佳延期时间。

3、如权利要求2所述的基于爆源近区不同距离炮孔微差爆破振动合成的爆破参数确定方法，其特征在于，步骤S1中，利用激光测距仪测定各段炮孔与测振点的距离，所述测振点不少于3个，测振点到爆源的距离均不相同。

进一步的，步骤S2的具体步骤为：

S2.1雷管起爆时刻的识别：对现场实测振动波形进行快速傅里叶变换FFT，得到频谱图以确定主频带；对实测振动波形进行小波分解，根据各分量的能量比确定主要分量；根据信号分量主频与变换尺度的关系，得到积分尺度的上下限；利用连续小波变换并进行相应的积分，从而得到时能密度变化曲线；根据时能密度曲线来识别各段雷管的起爆时刻；

S2.2实测单孔波形的确定：根据实测振动波形图和识别的各段雷管起爆时刻，结合所使用的导爆管雷管和电子雷管的设计延期时间，确定实测单孔波形；

S2.3从所述实测单孔波形中选取1～2组实测单孔波形作为基础单孔波形。

进一步的，步骤S3的具体步骤为：

S3.1振速峰值衰减函数的确定：对产生实测单孔波形段别的爆破振动峰值、炮孔药量、爆源距离数据采用非线性回归分析，得到X，Y和Z方向实测单孔波形的振速峰值衰减函数；

S3.2包络线函数的确定：对实测单孔波形进行包络线拟合，作出包络线系数关于振速峰值的散点图，得到包络线系数的拟合公式，从而得到包络线函数。

进一步的，步骤S4的具体步骤为：

S4.1后期爆破设计时，根据振速峰值衰减函数中振速峰值与炮孔药量、爆源距离的函数关系，预测测点处各电子雷管爆破的单孔振速峰值；

S4.2根据包络线函数中振速峰值与包络线系数的函数关系，预测各电子雷管的预测单孔波形的包络线系数，得到预测单孔波形的包络线；

S4.3对预测单孔波形进行零值区间定义，将整个预测单孔波形以各零点为边界，对任意两个连续零点之间的区段定义为零值区间，任意零值区间的起始时刻和终止时刻(即两个连续零点)振速均为0，区间内其余任意时刻振速均同号；整个波形的极大值和极小值称为极值，对应的时刻称为极值时刻，每个零值区间的极值称为区间极值，对应时刻称为区间极值时刻；

S4.4根据S4.2中得到的预测单孔波形的包络线和基础单孔波形的区间极值确定预测单孔波形各零值区间的构造系数，各区间构造系数乘以基础单孔波形各区间函数值，即得预测单孔波形；

S4.5将多个所述预测单孔波形根据备选延期时间进行线性叠加，得到该备选延期时间的预测合成波形。

进一步的，步骤S5的具体步骤为：

S5.1确定所需的雷管段数n，对n个预测单孔波形进行线性叠加，叠加的延期时间在2～90ms内取值，从2ms开始依次间隔一定时间绘制延期时间与所对应振速峰值的关系曲线，将关系曲线上的极小值点处的延期时间依次作为备选延期时间；

S5.2若备选延期时间大于30ms，直接作为最佳延期时间；若不大于30ms，根据快速傅里叶变换求出预测单孔波形的主周期，判断备选延期时间是否符合半周期减振原理，即是否为主周期的0.4～0.7倍、1.4～1.7倍或2.4～2.7倍；若符合，即得到最佳延期时间；否则替换为下一个备选延期时间，重复上述步骤，直至找到该预测单孔波形的最佳延期时间；

S5.3利用S5.1和S5.2的方法，依次确定各段炮孔的最佳延期时间。

进一步的，步骤S4中，利用试爆时的爆破参数，得到试爆的预测合成波形，将试爆的预测合成波形与试爆的实测波形进行对比分析，得出试爆时的预测合成波形与实测波形在峰值大小及峰值出现时间方面吻合良好。

进一步的，所述振速峰值衰减函数为：V_max＝nq^m1R^m2；其中n、m1、m2为参数，通过回归分析得到；V_max为振速峰值；q为炮孔药量；R为爆源距离。

进一步的，所述包络线函数为：y＝ab^x；其中a、b为包络线系数，a、b通过包络线系数与振速峰值的散点图去除异常值进行拟合得到。

本发明的有益效果为：本发明在综合考虑多个单孔波形的思想下，通过对基础波形进行变换，并对得到的各段单孔波形进行叠加，使得对振动波形的预测更为精确，同时还可以设计出最佳的爆破参数；本发明方法对以往波形叠加中未考虑不同段位炮孔与测振点距离的不同这一遗漏进行了补充，对爆破振动预测和参数设计来说是一种创新，解决了爆源近区的低振动精确控制爆破的技术问题，预测效果好，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为莲塘隧道小净距段平面图。

图2为隧道超小净距第II部开挖断面图。

图3为隧道超小净距第II部雷管布置图。

图4为测点1实测X方向上的振动信号图。

图5为雷管起爆时刻识别步骤。

图6为振动波形频谱图和功率谱图，(a)为振动波形频谱图，(b)为振动波形功率谱图。

图7为导爆管雷管和电子雷管的频谱图，(a)为导爆管雷管频谱图，(b)为电子雷管频谱图。

图8为小波分解流程图。

图9为db3和db5小波分解信号分量图，(a)为db3小波分解信号分量图，(b)为db5小波分解信号分量图。

图10为db5小波分量能量比及频率谱图，(a)为db5小波分解信号分量能量比，(b)为db5小波分解信号分量频谱图。

图11为测点1在X方向小波变换时能密度曲线图。

图12为第五段单孔波形及其包络线图，(a)为第五段X方向波形及包络线，(b)为第五段Y方向波形及包络线，(c)为第五段Z方向波形及包络线。

图13为系数a、b与vmax的关系图，(a)为系数a与速度vmax关系，(b)为系数b与速度vmax关系。

图14为不同距离下各段X方向单孔波形频谱图，(a)为6.5m处第五段单孔波形频谱图，(b)为12m处第五段单孔波形频谱图，(c)为21m处第五段单孔波形频谱图，(d)为6.5m处第七段单孔波形频谱图，(e)为12m处第七段单孔波形频谱图，(f)为21m处第七段单孔波形频谱图。

图15为单孔波形的累积频率幅值比曲线图，(a)为第五段6.5m、12m、21m处单孔波形累计频率幅值比曲线，(b)为第七段6.5m、12m、21m处单孔波形累计频率幅值比曲线。

图16为单孔波形优势频率散点图，(a)第五段和第七段X方向不同距离优势频率，(b)第五段和第七段Y方向不同距离优势频率，(c)为第五段和第七段Z方向不同距离优势频率。

图17为X方向实测波形与合成波形图，(a)X方向实测波形，(b)X方向预测合成波形。

图18为Y方向实测波形与合成波形图，(a)Y方向实测波形，(b)Y方向预测合成波形。

图19为Z方向实测波形与合成波形图，(a)Z方向实测波形，(b)Z方向预测合成波形。

图20为最佳延期时间的确定流程图。

图21为单孔波形叠加图，(a)为第五段X方向波形延期时间与振速峰值关系，(b)为第五段Y方向波形延期时间与振速峰值关系，(c)为第五段Z方向波形延期时间与振速峰值关系，(d)为第七段X方向波形延期时间与振速峰值关系，(e)为第七段Y方向波形延期时间与振速峰值关系，(f)为第七段Z方向波形延期时间与振速峰值关系。

图22为本发明实施例一种基于爆源近区不同距离炮孔微差爆破振动合成的爆破参数确定方法的流程示意图。

具体实施方式

下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。

本发明方法经多个实际工程证明具有较好的施工效果，不失一般性，选择其中之一具体说明本发明方法。

本实施例所依托的工程为深圳莲塘隧道超小净距段爆破工程，超小净距段位于莲塘隧道左线K1+800～K1+880.459段与市政连续接线SLK1+808～SLK1+879段分岔部位置，如图1所示。从桩号SLK1+808到桩号SLK1+880，中夹岩厚度从13m渐变为0.5m。隧道超小净距第II部(如图2所示)与已建隧道二衬的距离小，且与中夹岩直接接触，该部分爆破对中夹岩和已建隧道的影响难以忽略，如果稍有不慎，可能会造成已建隧道二衬破裂或中夹岩坍塌等重大事故，给施工安全带来巨大隐患。因此，需要对该部分的爆破进行精确控制，严密监测，及时进行爆破设计优化，从而保证爆破施工安全，提高施工进度。

本发明实施例利用已有的单孔爆破振动波形和各段爆破参数，在各段与爆源距离不同、装药量不同的条件下构造出各段不同的单孔波形，进行爆破振动合成，成功实现了对爆破振动波形的预测和对最佳延期时间的确定，同时也成功的保护了中间岩柱。

本实施例的方法具体实施步骤如下：

1、实测各段爆源与测振点距离与统计各段起爆药量

本次各段炮孔的距离和被保护物与爆源的距离数量级相差不大，所以在进行爆破获取振动波形之前要先对所有段位所在位置与测振点的距离进行准确测量。同时，根据最大振动峰值的影响因素可知，各段起爆药量等爆破参数也应详细记录下来。另外，本次所使用的雷管有导爆管雷管和电子雷管两种。导爆管雷管的设计延期时间如表1所示：

表1

为了防止串段，导爆管雷管采用跳段的方式；在11段后设置550ms的电子雷管，由于电子雷管延期时间精确，误差±1.5ms，所以可以将550ms作为各方法识别性能的判断标准。雷管具体布置如图3所示，各段起爆药量和爆破参数如表2所示。

表2

2、识别雷管起爆时刻

利用成都中科测控有限公司研发的TC-4850爆破测振仪进行三通道并行采集，得到X、Y、Z三方向的振动信号，现对测点1实测X方向上的振动信号(如图4)为例，利用如图5所示的步骤进行雷管起爆时刻的识别。

①快速傅里叶变换：

先对振动波形进行快速傅里叶变换(FFT)，得到振动波形频谱图和功率谱图(如图6)，从图中可以看出此信号优势频段为66Hz左右的低频段，低频段34.7Hz～328Hz间的信号成分占66％左右，频率成分较丰富，1000Hz以上的高频信号成分基本不存在。其次，频谱图和功率谱得到的主频均为66.29Hz，功率谱较频率谱相比主频信息更加明显。如果考虑到雷管的差别，分别得到导爆管雷管和电子雷管的频谱图(如图7)可以看出，导爆管雷管的主频大约为84Hz，电子雷管的主频大约为63Hz。两种雷管爆破振动信号在频带34Hz～333Hz间的信号成分均占66％左右，小于频率33Hz的信号成分占2％左右，大于720Hz的信号成分占10％左右。

②小波分解法

利用小波分解法对各分量的能量比进行求解，并根据能量确定主要分量。MATLAB中wavedec函数可以根据不同的输入得到2进分解的小波系数向量和小波系数的个数向量。图8为2进小波分解三层的流程图。利用db3和db5小波将上述振动信号分解10层，并根据每一层的小波系数重构信号，得到信号分量如图9所示，其中cA10为低频信号分量，cD1～cD10为高频信号分量。通过对主频带进行分析，求出db5小波分解得到的信号分量对应的能量如图10所示，发现尺度在16～128内的能量占96.61％，对应的频带为61Hz～333Hz。

③小波变换时能密度曲线

根据FFT得到的信号分量主频和小波分解得到的尺度的对应关系，取小波变换时能密度函数上下限分别为16和128，利用MATLAB中的连续小波变换函数(CWT)对振动信号进行各尺度的小波变换，从而得到小波在频带62.75Hz～313.73Hz间的时能密度曲线如图11所示。小波变换时能密度曲线突变明显，尤其对于电子雷管起爆时刻的识别分辨率高。db3和db5小波时能密度法对550ms电子雷管的识别精度均较高，但是对于爆破能量较小的雷管(如1050ms)起爆时刻识别不明显。

3、确定实测单孔波形

从小波变换时能密度曲线可以看出第三段、第九段、第十三段和第十五段处有两到三个明显的突起，这是由于该段有多个雷管，不同雷管延时有离散性。其次，根据实测波形可以看出，第三段、第五段和第七段的振动波形基本衰减为0，第七段衰减较慢，但基本可以认为是单孔爆破产生的波形。因此，从实测波形中截取120.75ms～205.88ms和205.88ms～291ms间的波形，作为第五段和第七段的单孔波形，并将第五段和第七段的单孔波形作为基础波形；另外，电子雷管在960ms处起爆时前一段电子雷管的振动速度已经基本衰减为0，所以也可以将960ms处起爆的电子雷管振动波形作为实测单孔波形。

4、构造预测单孔波形

①确定振速峰值衰减函数

将第一段、第五段、第七段和960ms处的振速峰值作为单孔爆破引起的振速峰值，统计测点1、测点2、测点3处第一段、第五段、第七段和960ms处的爆破振速峰值、药量、爆源距等数据于表2。根据已有的研究，振动峰值与药量等因素成指数关系。因此，假设振速峰值y与所有因素x_i的关系为如下形式：

对上式(1)取对数，可以转化为线性形式

式中：Y＝lgy，A0＝lgα，Xi＝lgxi。

对表2的数据进行对数化，经过MATLAB逐步回归，得到振速峰值与总距离R_xyz和药量q强相关，与其他因素弱相关或不相关。为此采用MATLAB的非线性回归模型NLMFIT对上述因素进行拟合，得到X，Y和Z方向单孔波形的振速峰值衰减公式如下，拟合优度分别为0.6516、0.9696和0.7583，调整拟合优度分别为0.5742，0.9628，0.7046。除X方向外，拟合公式中系数的T检验值P值基本都小于0.05。

v_xmax＝1.9724q^0.3709R_xyz ^-0.5894 (4)

v_ymax＝13.8438q^0.7367R_xyz ^-1.1740 (5)

v_zmax＝4.3255q^0.5616R_xyz ^-0.6094

②确定包络线函数

包络线包含了单孔波形的衰减速度等信息，在一定程度上，包络线在不同区间极值变量处的函数值代表了区间极值的大小。已知包络线为指数函数形式，故假设包络线形式如下：

y＝ab^x (6)

通过MATLAB编程，拟合区间极值，作出测点1第五段三个方向上单孔波形的包络线，如图12所示。经过对包络线形式的分析，发现系数a和b与振速峰值有关，作出系数a、b关于振速峰值的散点图并去除异常值进行拟合，拟合曲线如图13。系数a和b的拟合公式的调整拟合优度分别为0.94115和0.67222，拟合公式如下

a＝-0.08068+1.1762v_max+0.19955v_max ² (7)

b＝0.96092-0.00267v_max-0.01204v_max ² (8)

③确定单孔波形的优势频率

利用MATLAB工具FFT对测点1、测点2、测点3的3处不同方向上的单孔波形作快速傅里叶变换，从而得到单孔波形的频谱图。以三个测点在X方向上的单孔波形频谱图(如图14)为例，图中第五段(6.5)表示距离爆源距离6.5m的测点所测得的第五段X方向上的频谱图，其余标示含义亦同。从图中可以看出，单孔波形存在一个或两个明显的优势频率，且同一方向上的频率谱形式基本相同。

通过累加频率幅值，得到累积频率幅值比如图15。从图15可看到，同一测点不同段X方向上的单孔波形频率成分基本相同，如在爆源距6.5m处，第五段和第七段的单孔波形中420Hz以下的频率成分约占90％。不同测点不同段X方向上的单孔波形在200Hz以下的频率成分也基本相同，占50％～60％左右，而200Hz以上的频率成分占比不同。

统计各测点各单孔波形各个方向的优势频率，并画出频率-爆源距散点图16，图中5X表示第五段X方向，其余亦同。由此可以看出，在爆源距6.5m处，不同段单孔波形在同一方向上优势频率基本相同，不同方向上优势频率有所差异。在爆源距12m和21m处，同一方向上的优势频率开始出现差异，但差异不大。

结合上述对单孔波形的频率成分和优势频率的分析，可以得到结论：即同一测点同一方向单孔波形的频率基本相同，而不同测点处同一方向单孔波形的频率差异不大。

④确定各段单孔波形构造方法

对单孔波形进行零值区间定义，将整个单孔波形以各零点为边界，对任意两个连续零点之间的区段定义为零值区间，任意零值区间的起始时刻和终止时刻(即两个连续零点)振速均为0，区间内其余任意时刻振速均同号。整个波形的极大值和极小值称为极值，对应的时刻称为极值时刻，每个区间的极值称为区间极值，对应时刻称为区间极值时刻。根据上述方法已得到，同一爆破场地同一测点的单孔波形在同一方向上的频率基本相同，不同测点处同一方向上的频率差异不大。选取已有单孔波形作为基础单孔波形，不改变零值区间，而仅改变区间内的函数值，保留原来波形的频率特点，进而构造该测点处不同药量和爆源距的单孔波形。根据上述包络线拟合原理，定义某一区间的构造系数βⁱ(t)如下：

式中：[t_0min ⁱ，t_0max ⁱ]为基础波形的i个零值区间；t_0m ⁱ为第i个区间极值变量；f_e(t_0m ⁱ)为所需单孔波形包络线在第i个区间极值变量处的函数值；f_e0(t_0mi)为基础波形包络线在第i个区间极值变量处的函数值；βⁱ(t)为零值区间[t_0mini，t_0maxi]内的构造系数。

首先，利用振速峰值与药量和爆源距的关系式预测测点1处各电子雷管爆破的单孔波形振速峰值，见表3。

表3

依据上述包络线系数和振速峰值间的关系式可预测测点1处各电子雷管的单孔波形包络线系数，即得到各单孔波形的包络线。根据包络线计算构造系数，并依据单孔波形振速随时间不断衰减的特征对构造系数进行修正。最后，用各区间构造系数乘以第五段或者第七段的基础单孔波形各区间函数值，即得到所需的单孔波形。本发明中为增加构造单孔波形的频率多样性，以第五段和第七段单孔波形交替作为基础波形。

5、线性叠加与对比

根据上述方法进行测点1处960ms～1065ms内所有的电子雷管X、Y、Z三个方向上的单孔波形的构造，并按照爆破时设计的延期时间进行线性叠加，得到X、Y、Z方向上的合成波形，如图17、图18、图19所示。对比合成波形和实测波形，Y和Z方向5ms延期时间下的合成波形(960ms～1025ms)振速值普遍大于实测振速值，造成这种现象的主要原因是基础波形过少，使得单孔波形频率比较单一，波形抵消较少，而波形叠加过多。其次，爆破振动信号为非平稳信号，所以多个单孔波形的合成波形对延期时间非常敏感，延期时间较小的变化，会使合成波形发生很大的变化。而进行叠加预测时，并未考虑电子雷管实际存在的延期时间误差(±1.5ms)，这也可能会引起合成波形与实测波形的差异。整体而言，无论峰值大小还是峰值出现时间都吻合较好，这说明根据实测数据构造单孔波形，从而进行电子雷管振动波形的预测是可行的。

6、确定最佳延期时间

根据叠加原理可以得到各单孔波形对应的最佳和最不佳的延期时间，干扰减振原理可以得到各个单孔波形的主周期和主频，两者结合可以得到单孔波形叠加后合成波形峰值最大和最小时对应的延期时间与单孔波形主周期的比值。结合线性叠加原理和干扰减振原理，本发明提出如图20所示的步骤方法：首先，在确定所需的雷管段数n后，对n个所预测的单孔波形进行线性叠加，叠加的延期时间在2～90ms内取值，从2ms开始依次间隔1ms，绘制延期时间与所对应振速峰值的关系曲线，将曲线上的极小值点处的延期时间依次作为备选延期时间。然后，根据快速傅里叶变换求出单孔波形的主周期，判断备选延期时间是否符合半周期减振原理，即备选延期时间是否为各单孔波形主周期的0.4～0.7倍、1.4～1.7倍或2.4～2.7倍。若符合，即得到最佳延期时间；若不符合，继续选取下一极小值点作为备选延期时间，重新判断备选延期时间是否符合半周期减振原理，直至找到最佳延期时间，使得最终确定的最佳延期时间下更加可靠地降低爆破振动。其中，如果备选时间直接大于30ms，可以认为单孔波形在30ms内可以衰减至0，此时的备选时间可以直接作为延期时间。

本实施例中电子雷管最佳延期时间的确定：

根据研究，爆破振动波形的频率在小距离上差异不大，所以可以用上个循环的实测单孔波形确定随后循环电子雷管的最佳延期时间。现在可以对实测的已经得到的单孔波形进行分析，设计下个工作循环的各段最佳延期时间。测点1处的单孔波形如图12所示，对每个单孔波形进行取10列进行叠加，叠加结果如表4和图21。从表4可以确定最不佳延期时间为4ms～6ms和9ms，所以为了保证成型效果最佳，最佳延期时间备选7ms和8ms。而对各单孔波形作FFT，得到频谱图并进行频谱分析，得到如表5的单孔波形频谱分析结果。表5可以看出符合干扰减振原理的最佳延期时间取值范围为6.53ms～7.36ms。结合上述分析结果，最终可以确定周边孔电子雷管的最佳延期时间为7ms。从图21中可以看出7ms延期时间下，合成波形的振速峰值为最小值或较小值。而且当延期时间大于30ms后，合成波形的振速峰值基本较小且趋于稳定，因此将药量较大的底板眼延期时间设为30ms，保证波峰错开，避免振速叠加增强。

表4

表5

上述实施例一种基于爆源近区不同距离炮孔微差爆破振动合成的爆破参数确定方法的整体流程如图22所示。

本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (10)

1.一种基于爆源近区不同距离炮孔微差爆破振动合成的爆破参数确定方法，其特征在于，所述方法在测振点实测炮孔起爆后的振动波形，从实测振动波形中分离出若干个炮孔的实测单孔波形；在所述实测单孔波形中选择基础单孔波形；对所述实测单孔波形对应的振速、药量和测振点到爆源的距离进行回归分析，确定振速峰值衰减函数、振速峰值包络线函数；后期爆破设计时，根据所述基础单孔波形、振速峰值衰减函数、振速峰值包络线函数和后期爆破参数进行波形构造，得到多个预测单孔波形；将多个所述预测单孔波形按备选延期时间进行叠加，得到该备选延期时间的预测合成波形；根据不同备选延期时间的所述预测合成波形确定各炮孔的最佳延期时间。

2.如权利要求1所述的基于爆源近区不同距离炮孔微差爆破振动合成的爆破参数确定方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S1、试爆前测量并记录各段炮孔与测振点的距离及各炮孔装药量；

S2、在测振点实测炮孔起爆后的振动波形，从实测振动波形中分离出若干个炮孔的实测单孔波形，并从中选取1～2组实测单孔波形作为基础单孔波形；

S3、波形相关函数的确定：所述波形相关函数包括振速峰值衰减函数和振速峰值包络线函数；对所述实测单孔波形的振速峰值、炮孔药量、测振点到爆源的距离进行回归分析，得到振速峰值衰减函数；对所述实测单孔波形进行包络线拟合，得到包络线系数，进而得到振速峰值包络线函数；

S4、后期爆破设计时，将S2中选取的基础单孔波形结合S3所得函数和后期爆破参数进行波形构造，得到多个预测单孔波形，将多个所述预测单孔波形按备选延期时间进行叠加，得到该备选延期时间的预测合成波形；

S5、根据不同备选延期时间的所述预测合成波形确定各炮孔的最佳延期时间。

3.如权利要求2所述的基于爆源近区不同距离炮孔微差爆破振动合成的爆破参数确定方法，其特征在于，步骤S1中，利用激光测距仪测定各段炮孔与测振点的距离，所述测振点不少于3个，测振点到爆源的距离均不相同。

4.如权利要求2所述的基于爆源近区不同距离炮孔微差爆破振动合成的爆破参数确定方法，其特征在于，步骤S2的具体步骤为：

S2.1雷管起爆时刻的识别：对现场实测振动波形进行快速傅里叶变换FFT，得到频谱图以确定主频带；对实测振动波形进行小波分解，根据各分量的能量比确定主要分量；根据信号分量主频与变换尺度的关系，得到积分尺度的上下限；利用连续小波变换并进行相应的积分，从而得到时能密度变化曲线；根据时能密度变化曲线来识别各段雷管的起爆时刻；

S2.2实测单孔波形的确定：根据实测振动波形图和识别的各段雷管起爆时刻，结合所使用的导爆管雷管和电子雷管的设计延期时间，确定实测单孔波形；

S2.3从所述实测单孔波形中选取1～2组实测单孔波形作为基础单孔波形。

5.如权利要求2所述的基于爆源近区不同距离炮孔微差爆破振动合成的爆破参数确定方法，其特征在于，步骤S3的具体步骤为：

S3.1振速峰值衰减函数的确定：对产生实测单孔波形段别的爆破振动峰值、炮孔药量、测振点到爆源的距离数据采用非线性回归分析，得到X，Y和Z方向实测单孔波形的振速峰值衰减函数；

S3.2包络线函数的确定：对实测单孔波形进行包络线拟合，作出包络线系数关于振速峰值的散点图，得到包络线系数的拟合公式，从而得到包络线函数。

6.如权利要求2所述的基于爆源近区不同距离炮孔微差爆破振动合成的爆破参数确定方法，其特征在于，步骤S4的具体步骤为：

S4.1后期爆破设计时，根据振速峰值衰减函数中振速峰值与炮孔药量、测振点到爆源的距离的函数关系，预测测点处各电子雷管爆破的单孔振速峰值；

S4.2根据包络线函数中振速峰值与包络线系数的函数关系，预测各电子雷管的预测单孔波形的包络线系数，得到预测单孔波形的包络线；

S4.3对预测单孔波形进行零值区间定义，将整个预测单孔波形以各零点为边界，对任意两个连续零点之间的区段定义为零值区间，任意零值区间的起始时刻和终止时刻振速均为0，区间内其余任意时刻振速均同号；整个波形的极大值和极小值称为极值，对应的时刻称为极值时刻，每个零值区间的极值称为区间极值，对应时刻称为区间极值时刻；

S4.4根据S4.2中得到的预测单孔波形的包络线和基础单孔波形的区间极值确定预测单孔波形各零值区间的构造系数，各区间构造系数乘以基础单孔波形各区间函数值，即得预测单孔波形；

S4.5将多个所述预测单孔波形根据备选延期时间进行线性叠加，得到该备选延期时间的预测合成波形。

7.如权利要求2所述的基于爆源近区不同距离炮孔微差爆破振动合成的爆破参数确定方法，其特征在于，步骤S5的具体步骤为：

S5.1确定所需的雷管段数n，对n个预测单孔波形进行线性叠加，叠加的延期时间在2～90ms内取值，从2ms开始依次间隔一定时间绘制延期时间与所对应振速峰值的关系曲线，将关系曲线上的极小值点处的延期时间依次作为备选延期时间；

S5.2若备选延期时间大于30ms，直接作为最佳延期时间；若不大于30ms，根据快速傅里叶变换求出预测单孔波形的主周期，判断备选延期时间是否符合半周期减振原理，即是否为主周期的0.4～0.7倍、1.4～1.7倍或2.4～2.7倍；若符合，即得到最佳延期时间；否则替换为下一个备选延期时间，重复上述步骤，直至找到该预测单孔波形的最佳延期时间；

S5.3利用S5.1和S5.2的方法，依次确定各段炮孔的最佳延期时间。

8.如权利要求2所述的基于爆源近区不同距离炮孔微差爆破振动合成的爆破参数确定方法，其特征在于，步骤S4中，利用试爆时的爆破参数，得到试爆的预测合成波形，将试爆的预测合成波形与试爆的实测波形进行对比分析，得出试爆时的预测合成波形与实测波形在峰值大小及峰值出现时间方面吻合良好。

9.如权利要求2或5所述的基于爆源近区不同距离炮孔微差爆破振动合成的爆破参数确定方法，其特征在于，所述振速峰值衰减函数为：V_max＝nq^m1R^m2；其中n、m1、m2为参数，通过回归分析得到；V_max为振速峰值；q为炮孔药量；R为测振点到爆源的距离。

10.如权利要求2或5所述的基于爆源近区不同距离炮孔微差爆破振动合成的爆破参数确定方法，其特征在于，所述包络线函数为：y＝ab^x；其中a、b为包络线系数，a、b通过包络线系数与振速峰值的散点图去除异常值进行拟合得到。

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