基于叠加和频谱分析的电子雷管延期时间研究

为了确定电子雷管的最佳延期时间,在莲塘超小净距隧道电子-导爆管雷管混合爆破中,通过MATLAB编程对爆破振动波形进行了分析。用四种不同的奇异性检测法对雷管的实际起爆时刻进行了识别,继而从整个波形中截出单孔波形。对截出的每个单孔波形进行线性叠加分析和频谱分析,重点讨论了合成波形振速峰值最小、较小和最大时对应的延期时间和主周期间的联系。研究表明:对于雷管起爆时刻的识别,小波变换模极大值法和EMD识别法较瞬时能量法和时能密度法精确,但是前两者存在选择最佳变换尺度和IMF主成分分量的主观过程;合成波形振动峰值最小、较小和最大时对应的延期时间与单孔波形主周期间存在紧密的联系。当延期时间为主周期的0.4倍～0.7倍、1.4倍～1.7倍和2.4倍～2.7倍时,合成波形峰值振速最小或较小,说明错相减振是可行的。当延期时间为主周期的0.9倍～1.2倍时(除延期时间为1 ms的情况外),合成波形峰值振速最大,各单孔波形叠加增强。此次试验研究确定的电子雷管最佳延期时间为6 ms;同一场地同一方向上的单孔波形主频基本不变,而在不同方向上有所不同。     

多因素耦合影响下隧道电子雷管爆破参数的计算与实践

基于电子雷管起爆的参数计算方法是爆破控制精准化和智能化的基础,其研究尚处于起步阶段。以重庆观音桥隧道为研究背景,提出了精确确定电子雷管爆破参数的多因素耦合法,其特点是基于多个爆破参数间复杂的耦合关系进行爆破参数设计。研究表明:不同药量的最优微差时间不同,爆破孔数对最优微差时间及对应最大合成振速有显著影响;采用该方法确定的试验隧道最优爆破参数为8孔逐孔掏槽、1.4 kg单孔药量、5 ms孔间延时。现场设计孔间延时为5 ms和8 ms的两组掏槽爆破试验,分析了两种孔间延时掏槽爆破的第二临空面形成时间。试验结果表明:对于短延时掏槽爆破而言,即使未形成第二临空面,采用多因素耦合法,通过最大程度的波形异向相消,也可以实现较好的降振效果。对比多因素耦合法与半周期错相减振法,后者计算的孔间延时不能确保是最优微差时间,可能造成合成振速偏大。当需要严格控制爆破振动时,通过多因素耦合法可以实现爆破参数的精确设计。     

月亮山隧道爆破减震试验研究

黄石月亮山隧道是典型的城市浅埋大跨度隧道。为了控制隧道开挖中的爆破震动效应,减少下穿隧道对居民区、房屋建筑结构的影响,在隧道掏槽爆破过程中,采取电子雷管逐孔孔间微差起爆技术进行爆破作业。考虑到微差时间对爆破震动和爆破效果的影响,分别选取5 ms、6 ms、7 ms、8 ms和10 ms逐孔微差时间进行试验,得出不同孔间微差时间下爆破效果,进而优选方案。结合震速、震动频率和爆破效果的优选结果表明:选取孔间微差时间为7 ms时,测点最大震动速度小于1.5 cm/s,控制在震动安全标准之内;最低震动频率高于30 Hz,与房屋结构发生共振几率较小;且岩石破碎效果较好。     

地铁隧道电子与非电子雷管爆破振动信号的HHT对比分析

运用HHT分析方法对深圳地铁7号线及北京地铁16号线的实测爆破振动信号进行分析,对比普通毫秒延时雷管和电子雷管在爆破振动强度、延时时间、时频特性和能量分布特征等方面的不同。结果表明:电子雷管应用于单孔连续起爆技术,能量利用率高,可以有效的减小爆破振动强度和振动持续时间,在降低了单段装药量的同时增加了循环进尺深度。普通毫秒雷管爆破产生的瞬时能量较大,在频带范围内的分布相对较广;电子雷管的瞬时能量相对较小,且在频带上分布多集中在中低频部分。利用HHT瞬时能量法可以有效识别普通毫秒雷管的实际延时时间,而电子雷管相邻段位间的延时间隔时间很小,爆炸应力波发生了复杂的叠加和干扰,识别出的突变峰值明显小于普通毫秒雷管的爆破。     

地铁隧道电子与非电子雷管爆破振动信号的HHT对比分析

运用HHT分析方法对深圳地铁7号线及北京地铁16号线的实测爆破振动信号进行分析,对比普通毫秒延时雷管和电子雷管在爆破振动强度、延时时间、时频特性和能量分布特征等方面的不同。结果表明:电子雷管应用于单孔连续起爆技术,能量利用率高,可以有效的减小爆破振动强度和振动持续时间,在降低了单段装药量的同时增加了循环进尺深度。普通毫秒雷管爆破产生的瞬时能量较大,在频带范围内的分布相对较广;电子雷管的瞬时能量相对较小,且在频带上分布多集中在中低频部分。利用HHT瞬时能量法可以有效识别普通毫秒雷管的实际延时时间,而电子雷管相邻段位间的延时间隔时间很小,爆炸应力波发生了复杂的叠加和干扰,识别出的突变峰值明显小于普通毫秒雷管的爆破。     

瓦斯隧道掘进爆破新技术探讨

《爆破安全规程》中规定 ,瓦斯隧道掘进中起爆总延期时间不能超过 130ms。当采用常规的掏槽爆破法时 ,总延期时间不可能满足小于 130ms的要求 ,因而不能用于瓦斯隧道的掘进。通过工程试验发现 ,短毫秒间隔微差爆破法可以解决总延期时间的限制与全断面、大进尺爆破掘进的矛盾 ,这是瓦斯隧道掘进中爆破技术的一种新尝试     

瓦斯隧道掘进爆破新技术探讨

《爆破安全规程》中规定 ,瓦斯隧道掘进中起爆总延期时间不能超过 130ms。当采用常规的掏槽爆破法时 ,总延期时间不可能满足小于 130ms的要求 ,因而不能用于瓦斯隧道的掘进。通过工程试验发现 ,短毫秒间隔微差爆破法可以解决总延期时间的限制与全断面、大进尺爆破掘进的矛盾 ,这是瓦斯隧道掘进中爆破技术的一种新尝试     

立井直眼微差爆破模型试验振动测试与分析

为降低立井爆破施工的振动效应,以立井爆破中两圈直眼为原型,实施三种不同起爆延期的直眼微差爆破模型试验,并用UBOX-5016型爆破振动智能监测仪测试混凝土模型的爆破振动效应。实测爆破振动波表明,微差爆破可减少单段起爆药量、明显降低爆破振动效应;起爆延期25 ms时I段、Ⅱ段爆破振动波形彼此叠加,测点形成干扰降振效应,爆破峰值振动速度较小;起爆延期为50 ms时I段、Ⅲ段爆破振动波形彼此独立,峰值振动速度由单段起爆药量决定。竖向爆破振动波形频谱分析表明,微差爆破振动幅值明显低于齐发爆破,且波形复杂。微差爆破能显著降低爆破振动效应,主振频率较高。     

精确延时控制爆破试验及振动信号分析

为进一步完善爆破振动强度预测模型理论、实现爆破振动危害的主动控制,结合隆芯1号数码电子雷管,开展室内精确延时控制爆破试验,采用基于小波变换的时-能密度法识别出实际段间延期时间分别为4.8ms、4.8ms、15.2ms、15.3ms,与试验设计段间延期时间相对误差小于4%。结果表明:基于小波变换的时-能密度法能有效识别微差爆破实际段间延期时间;利用信号的时域移位特性,通过时频转换,从微差爆破振动信号中成功分离出各分段振波,并按实际段间延期时间依次叠加各分段振波,从峰值振速、主振频率、能量分布等角度,定量分析得到合成波与原始波形间各细节特征误差均在工程允许范围内。结果表明基于时-能密度法的微差爆破振动信号分离法具有较高分离精度。     

微差爆破地震效应的研究

(一)前言微差爆破法是借助于微差雷管或微差起爆器,以实现各药包按毫秒间隔顺序起爆,达到一次起爆大量炸药,降低地震强度,提高破碎质量的目的。在露天爆破实践中,最初多将微差爆破技术应用于单排或双排孔的爆破。随着爆破器材的发展,大区多排微差爆破得到了应用,部分矿山还采用了孔内微差爆破,一次爆破量可达43万吨以上,大块率降低到2%以下,且在相同条件下其爆破地震强度比瞬发爆破方法降低50%左右。     

岩石介质中双孔爆破效应的数值模拟研究

基于动力分析软件LS-DYNA及Langrange-Euler耦合算法,数值模拟研究了双炮孔同时起爆和微差起爆(微差时间分别为0.05 ms、0.1 ms、0.3 ms和5 ms)时爆炸冲击波在岩石介质中的传播规律和爆破对炮孔周围岩体振动效应的影响。研究表明:双炮孔同时起爆初期,损伤破碎区的扩展类似于单孔爆破;当爆炸冲击波相互叠加后,两炮孔中间纵向单元和药柱内外两侧横向近区单元的压力和等效应力随爆心距的增大而减小,而自由面上单元呈现出先增后减的变化趋势,且在距药柱10 cm外出现内侧单元的压力和应力值均高于外侧;微差起爆可缓解爆破振动和改善爆破效果,以同时起爆药柱完全引爆所需时间0.3 ms为例,当微差小于0.3 ms时,随着微差时间的延长,微差起爆对周围岩体单元的压力和等效应力峰值的降低幅度越大,同时缓解岩体纵向爆破隆起和z方向的振动效应也越明显,但超过0.3 ms后则微差起爆的改善效果受到一定限制。     

基于EP-CEEMDAN-PED的隧道扩挖爆破网络延时分析

经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)固有的端点效应和模态混淆导致其在进行爆破网络延时分析时出现不容忽视的误差。为了获得爆破现场实际网络延时,判断批次雷管的安全性,必须对EMD进行改进。通过对爆破地震波监测信号进行端点处理（endpoint processing, EP）,改善EMD在处理信号实际端点时出现的端点突变现象,进而抑制EMD端点效应,提高固有模态函数（intrinsic mode function,IMF）的稳定性和精度。对EMD进行改进,得到自适应补充集合经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise,CEEMDAN),抑制低频趋势项模态混淆,并结合排列熵检测(permutation entropy detection, PED)来控制高频模态混淆。得到的EP-CEEMDAN-PED算法能识别微差爆破实际延期时间,且能有效克服EMD固有的端点效应和模态混淆现象,结合干扰减振法,可计算实际隧道扩挖爆破合理减振微差时间为55.14~57.93 ms,对爆破振动控制具有重要的现实意义。     

地铁隧道小净距下穿地下洞室振速控制研究

为控制地铁隧道爆破在小净距下对人防洞室的有害振动效应,以武汉市地铁5号线隧道的爆破掘进工程为依托,基于ANSYS-Lsdyna平台,通过建立地铁隧道掏槽孔延时起爆的三维数值模型,研究掏槽炮孔的电子雷管最佳延时设置时间,结合对比分析数值模拟和隧道爆破振动监测数据,采用等效弹性边界的载荷加载的数值模拟方法,能够有效地模拟复杂环境下地铁隧道掏槽爆破振动,能较好地模拟隧道爆破对小净距下人防洞室的振动规律。对掏槽孔而言,隧道不同级掏槽起爆适宜合理时间为10 ms,同一级掏槽起爆合理延时时间为6 ms,合理最大单段药量为0.6 kg。     

基于CEEMD-MPE-NHT的地下洞室爆破网路延时分析

爆破网路延时识别易受EMD模态混淆的影响,得到混有虚假分量的IMF。而Hilbert变换受Bedrosian定理的约束在处理此类分量会产生负值瞬时频率,造成巨大的识别误差。为解决传统HHT在爆破网路延时分析时遇到的问题,提出了CEEMD-MPE-NHT爆破网路延时分析算法。该算法通过改进EMD得到补充集合经验模态分解-多尺度排列熵(CEEMD-MPE)算法,实现EMD模态混淆抑制。再对CEEMD-MPE得到IMF进行归一化Hilbert变换,解除Bedrosian定理对Hilbert变换的约束。对蕴含能量最大的IMF分量进行包络求解,包络峰值对应的时间间隔即为爆破网路实际延时。最后通过分析实际延时和理论延时之间的差值,可判断雷管是否处于正常服役状态。进一步通过干扰降震法得到本工程最合理爆破网路延时为54.51～59.75 ms,研究结果表明：基于CEEMD-MPE-NHT的爆破网路延时分析对爆破安全控制具有重要的现实意义。     

微差时间对爆破块度影响的试验研究

针对遵义东联二号路的5号还房小区爆破大块率较高的实际情况,为了确定合理的微差间隔时间,降低爆破块度进行了现场试验。首先,采用微差间隔时间分别为20 ms、40 ms、60 ms、80 ms的数码雷管逐孔起爆,并与同等条件下普通导爆管雷管孔间3段、排间5段进行对比试验。然后,利用Split—Desktop3.0对爆堆图片以块度分布、综合平均块度与综合最大块度为指标进行分析。结果表明:数码雷管由于延时精度较高在降低爆破块度方面具有优越性,且存在降低爆破块度的最佳微差间隔时间,在本试验条件下为60 ms。     

某铜矿切割槽爆破震动信号的HHT分析

针对Fourier变换的时频局限性和小波分析的基函数选择困难问题,采用HHT对某铜矿切割槽爆破震动信号进行分析。首先对原始信号进行EMD-小波强制法去噪处理,再对干净信号进行EMD分解和Hilbert变换,结果显示:信号能量分布在0.1~2.8 s,表明爆破震动维持在这段时间,其中0.4~1.4 s能量最大,是爆破药量最大的时段;IMF1~IMF4分量携带了94.8702%的信号能量,是造成爆破震动危害的优势分量;IMF5、IMF6分量携带的能量虽然只有1.7375%,但其频率与建(构)筑物频率接近,易产生共振,造成建(构)筑物爆破震动破坏。基于上述分析结果,采用HHT法对切割槽爆破延时进行研究,准确识别了12个段别雷管及其延时时间,证明HHT法可用于微差爆破延时识别。     

下穿既有地铁隧道电子雷管网路施工技术

为了使在建地铁隧道顺利下穿通过最小净距仅有3.2 m正在运行的地铁隧道,采用短进尺、密打孔、单孔单响小药量、分区爆破和电子雷管起爆等技术;实时监测既有地铁隧道的振动和位移变形,及时调整爆破参数。结果表明:爆破振动和位移变形值控制在安全范围内,隧道安全。实践证明:采用钻爆法施工近距离穿越既有地铁隧道技术上是可行的。     

下穿既有地铁隧道电子雷管网路施工技术

为了使在建地铁隧道顺利下穿通过最小净距仅有3.2 m正在运行的地铁隧道,采用短进尺、密打孔、单孔单响小药量、分区爆破和电子雷管起爆等技术;实时监测既有地铁隧道的振动和位移变形,及时调整爆破参数.结果表明:爆破振动和位移变形值控制在安全范围内,隧道安全.实践证明:采用钻爆法施工近距离穿越既有地铁隧道技术上是可行的.     

考虑电子雷管延期误差的隧道爆破叠加振动研究

复杂环境下的城区隧道爆破对振速要求严苛.为了研究电子雷管延期误差对多孔延时爆破叠加振动的影响,以重庆市观音桥隧道为背景,基于Anderson叠加理论,以四孔掏槽爆破为例,以0.1 ms为误差微元,采用枚举法遍历计算考虑延期误差时所有可能起爆时间组合的叠加最大振速,分析研究不同孔间延时下延期误差对叠加振速的影响,以及不同延期精度对叠加振速的影响.研究结果表明:在考虑电子雷管±1 ms延期误差时,各延时的叠加最大振速几乎均有不同程度的增加,有无延期误差的叠加振速差值整体上随孔间延时增大而减小;孔间延时相同时,电子雷管延期误差对较大药量的叠加振速影响更大,1.2 kg药量的叠加振速最大差值为0.32 cm/s,1.4 kg药量的叠加振速最大差值可达1.03 cm/s;叠加最大振速随电子雷管延期精度变化大致符合线性增长的规律.当隧道爆破要求控制在低振速水平时,需要通过计算选择叠加振速受电子雷管延期误差影响较小的孔间延时.     

复杂环境下数码电子雷管在土石方爆破工程中的应用

合宁高速改扩建工程待爆区域紧贴高速公路,边坡高度高,爆堆易挤向高速公路,为控制爆堆方向以减少对高速公路路面及通车的影响,爆破中使用数码电子雷管精确控制爆破时序。待爆区域为3座山体,根据爆区地形地质条件和周围环境以及设计要求,决定采用排间延时松动爆破,采用110 ms间隔由两边向中间对称逐排起爆。第1个山体共29排,延期时间为260～1800 ms;第2个山体共37排,延期时间为150～2100 ms;第3个山体,因体量大采取了中间20排的每排前3个孔逐孔起爆,在此基础上采用110 ms间隔由两边向中间对称逐排起爆,共57排,延期时间为150～6300 ms。为节省爆破工程成本,本次爆破采用了导爆索和数码电子雷管结合网路,对于设置为同一延期时间起爆的炮孔用导爆索串接代替数码电子雷管,节约数码电子雷管数量约800发,实际数码电子雷管使用数量仅390发。起爆后,3座山体完全按照预期成功爆破,爆堆范围合理,飞石控制良好,完全达到了爆破目标。