基于FSWT算法的某露天矿山边坡爆破振动传播规律研究

陈泓, 贾皓琦, 黄永辉, 张智宇. 基于FSWT算法的某露天矿山边坡爆破振动传播规律研究[J]. 矿产保护与利用, 2024, 44(4): 29-40. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2024.04.004
引用本文: 陈泓, 贾皓琦, 黄永辉, 张智宇. 基于FSWT算法的某露天矿山边坡爆破振动传播规律研究[J]. 矿产保护与利用, 2024, 44(4): 29-40. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2024.04.004
CHEN Hong, JIA Haoqi, HUANG Yonghui, ZHANG Zhiyu. Study on the Propagation Law of Blasting Vibration in an Open−pit Mine Slope Based on FSWT Algorithm[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2024, 44(4): 29-40. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2024.04.004
Citation: CHEN Hong, JIA Haoqi, HUANG Yonghui, ZHANG Zhiyu. Study on the Propagation Law of Blasting Vibration in an Open−pit Mine Slope Based on FSWT Algorithm[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2024, 44(4): 29-40. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2024.04.004

基于FSWT算法的某露天矿山边坡爆破振动传播规律研究

  • 基金项目: 国家自然科学基金项目(52064025、52164009);云南省重大科技项目(202202AG050014)
详细信息
    作者简介: 陈泓(2000—),男,河南南阳人,硕士研究生,主要从事爆破振动等方面的研究工作,E-mail:1774929263@qq.com; 张智宇,1973年10月生,教授、博士生导师,从事工程及特种爆破、岩石爆破破碎等研究。昆明理工大学爆破新技术应用研究所所长,中国爆破行业协会理事,中国爆破行业专家库专家。主持科研项目30余项,其中国家自然科学基金和省应用基础研究基金各1项。发表学术论文30余篇、SCI 6篇、EI 10篇。主编、参编教材4部,授权专利11项,国家软著2项。获中国爆破行业协会科技进步一等奖、云南省科技进步二等奖和三等奖各1项
    通讯作者: 张智宇(1973—),男,广东韶关人,教授,博士生导师,主要从事工程爆破及岩石破碎等方面的研究工作,E-mail:924221851@qq.com
  • 中图分类号: TD235.1

Study on the Propagation Law of Blasting Vibration in an Open−pit Mine Slope Based on FSWT Algorithm

More Information
  • 为掌握露天矿山边坡在复杂条件下爆破振动信号的传播规律,以尖山磷矿边坡测得爆破振动数据为研究对象,采用频率切片小波变换技术(frequency slice wavelet transform,FSWT)、Hilbert−Huang变换(HHT)算法分析爆心距、边坡高程放大效应对振动波能量分布及传播规律的影响。结果表明:爆破振动波在传播距离较近时,能量上升而后会随着时间推移减小,且能量分布不密集;振动波在传播距离较远时,能量上升速度缓慢并且分布相对较集中。边坡底部振动能量主要集中在93.75~125 Hz高频率段且含有大量高频能量,顶部振动能量主要集中在0~46.87 Hz低频率段且含有大量低频能量。1972平台三号机在0~46.87 Hz频率段能量占比平均为69.45%,而一和二号机分别为51.37%、42.55%,前者相较于后两者分别提高18.08、26.9百分点。四号机爆心距比三号机更远,其低频能量大于三号机,但三号机在0~46.87 Hz频率段的能量平均占比相较于四号机提高24.32百分点,高程效应相较于爆心距的影响要更为明显,顶部相对底部高频能量表现为高程衰减效应,顶部相对底部低频能量表现为高程放大效应。

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  • 图 1  现场示意图(a—现场装药;b—尖山露天边坡;c—爆破监测点布置图)

    Figure 1. 

    图 2  2023.07.30爆破振动波形监测结果(a—一号机;b—二号机;c—三号机;d—四号机)

    Figure 2. 

    图 3  2023.08.27爆破振动波形监测结果(a—一号机;b—二号机;c—三号机;d—四号机)

    Figure 3. 

    图 4  2023.09.23爆破振动波形监测结果(a—一号机;b—二号机;c—三号机)

    Figure 4. 

    图 5  2023.08.27模态分量曲线(a—一号机;b—二号机;c—三号机;d—四号机)

    Figure 5. 

    图 6  2023.08.27模态分量频谱图(a—一号机;b—二号机;c—三号机;d—四号机)

    Figure 6. 

    图 7  不同日期振动波形能量占比(a—2023.07.30能量占比;b—2023.08.27能量占比)

    Figure 7. 

    图 8  2023.07.30振动波形边际谱(a—一号机;b—二号机;c—三号机;d—四号机)

    Figure 8. 

    图 9  2023.08.27振动波形边际谱(a—一号机;b—二号机;c—三号机;d—四号机)

    Figure 9. 

    图 10  2023.09.23振动波形边际谱(a—一号机;b—二号机;c—三号机)

    Figure 10. 

    图 11  2023.07.30振动能量三维图(a—一号机;b—二号机;c—三号机;d—四号机)

    Figure 11. 

    图 12  2023.08.27振动能量三维图(a—一号机;b—二号机;c—三号机;d—四号机)

    Figure 12. 

    图 13  2023.09.23振动能量三维图(a—一号机;b—二号机;c—三号机)

    Figure 13. 

    表 1  爆破参数表

    Table 1.  Table of blasting parameters

    爆破日期 总孔数/个 平均孔深/m 总孔长/m 最大单段药量/kg
    2023.07.30 111 9.6 1065.6 95
    2023.08.27 117 9.3 1088.1 90
    2023.09.23 115 9.3 1069.3 87
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    表 3  2023.08.27爆破振动监测结果汇总

    Table 3.  2023.08.27 Blasting vibration monitoring results summary

    测点
    编号
    爆心距离/m 最大振动速度/
    (cm·s−1)
    主振频率/Hz 备注
    1 228 0.098 10.54 水平径向
    0.092 9.67 水平切向
    0.097 18.35 垂直
    2 327 0.115 5.18 水平径向
    0.107 6.91 水平切向
    0.080 6.90 垂直
    3 458 0.090 5.95 水平径向
    0.070 4.14 水平切向
    0.093 8.34 垂直
    4 558 0.051 5.95 水平径向
    0.044 5.65 水平切向
    0.029 8.39 垂直
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    表 2  2023.07.30爆破振动监测结果汇总

    Table 2.  2023.07.30 Blasting vibration monitoring results summary

    测点
    编号
    爆心距离/m 最大振动速度/
    (cm·s−1)
    主振频率/Hz 备注
    1 238 0.185 9.98 水平径向
    0.190 7.75 水平切向
    0.135 15.90 垂直
    2 342 0.159 5.38 水平径向
    0.268 7.59 水平切向
    0.101 7.71 垂直
    3 479 0.152 5.76 水平径向
    0.075 5.09 水平切向
    0.156 5.95 垂直
    4 769 0.034 5.07 水平径向
    0.027 5.63 水平切向
    0.021 5.46 垂直
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    表 4  2023.09.23爆破振动监测结果汇总

    Table 4.  2023.09.23 Blasting vibration monitoring results summary

    测点编号爆心距离/m最大振动速度/(cm·s−1)主振频率/Hz备注
    11970.15915.47水平径向
    0.16910.64水平切向
    0.30217.32垂直
    23140.1155.61水平径向
    0.0946.54水平切向
    0.1037.33垂直
    33920.1947.23水平径向
    0.0817.31水平切向
    0.1187.35垂直
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    表 5  2023.07.30不同频率段能量占比情况

    Table 5.  2023.07.30 Energy proportion of different frequency bands

    频率段序号频率段/Hz一号机能量占比/%二号机能量占比/%三号机能量占比/%四号机能量占比/%
    10~15.6226.4314.0924.458.98
    215.62~31.2016.4213.1322.5810.59
    331.2~46.8713.9712.3312.0414
    446.87~62.509.8711.310.7210.1
    562.5~78.129.249.249.3112.59
    678.12~93.758.4714.616.3310.77
    793.75~109.377.3811.167.2915.16
    8109.37~1256.8614.137.2817.01
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    表 6  2023.08.27不同频率段能量占比情况

    Table 6.  2023.08.27 Energy proportion of different frequency bands

    频率段序号频率段/Hz一号机能量占比/%二号机能量占比/%三号机能量占比/%四号机能量占比/%
    10~15.6213.359.7827.39.41
    215.62~31.2016.2510.8619.9120.4
    331.2~46.8713.3712.1719.113.37
    446.87~62.5010.3716.0512.179.68
    562.5~78.1220.5417.6312.0410.9
    678.12~93.7510.3515.0213.1813.13
    793.75~109.379.1710.737.5712.37
    8109.37~1256.67.764.7410.75
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    表 7  2023.09.23不同频率段能量占比情况

    Table 7.  2023.09.23 Energy proportion of different frequency bands

    频率段序号频率段/Hz一号机能量占比/%二号机能量占比/%三号机能量占比/%
    10~15.6222.2420.0919.32
    215.62~31.2019.7122.5548.66
    331.2~46.8712.4712.4714.98
    446.87~62.5011.9711.936.77
    562.5~78.128.558.392.04
    678.12~93.758.18.451.83
    793.75~109.379.18.753.55
    8109.37~12511.177.362.85
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  • [1]

    林海松. 高边坡爆破振动传播规律及其控制技术[J]. 工程爆破, 2020, 26(2): 69−74+86.

    LIN H S. Blasting vibration propagation law of high slope and its control technology[J]. Engineering Blasting, 2020, 26(2): 69−74+86.

    [2]

    张勤彬, 程贵海, 卢欣奇, 等. 考虑岩体损伤的爆破振动速度衰减多元非线性模型[J]. 中国安全生产科学技术, 2018, 14(3): 95−101. doi: 10.11731/j.issn.1673-193x.2018.03.014

    ZHANG Q B, CHENG G H, LU X Q, et al. Multivariate nonlinear model of blast vibration velocity attenuation considering rock damage[J]. China Safety Production Science and Technology, 2018, 14(3): 95−101. doi: 10.11731/j.issn.1673-193x.2018.03.014

    [3]

    李洪涛, 杨兴国, 舒大强, 等. 不同爆源形式的爆破地震能量分布特征[J]. 四川大学学报(工程科学版), 2010, 42(1): 30−34.

    LI H T, YANG X G, SHU D Q, et al. Study on energy distribution characteristics of seismic waves induced by different forms of blasting resource[J]. Journal of Sichuan University (Engineering Science Edition), 2010, 42(1): 30−34.

    [4]

    沙仙武, 陈才贤, 李佳建. 巨龙铜矿地应力对大断面巷道稳定性与岩爆倾向性数值模拟[J]. 矿产保护与利用, 2024, 44(2): 52−57.

    SHA X W, CHEN C X, LI J J. Numerical simulation of ground stress on stability and rockburst tendency of large section roadway in Julong Copper Mine[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2024, 44(2): 52−57.

    [5]

    陈明, 卢文波, 李鹏, 等. 岩质边坡爆破振动速度的高程放大效应研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2011, 30(11): 2189−2195.

    CHEN M, LU W B, LI P, et al. Elevation amplification effect of blasting vibration velocity in rock slope[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2011, 30(11): 2189−2195.

    [6]

    王文才, 孟刚, 常建平, 等. 高村露天铁矿爆破振动传播规律研究[J]. 露天采矿技术, 2018, 33(6): 69−72.

    WANG W C, MENG G, CHANG J P, et al. Research on blasting vibration propagation law of Gaocun open−pit iron ore mine[J]. Open Pit Mining Technology, 2018, 33(6): 69−72.

    [7]

    彭亚雄, 吴立, 苏莹, 等. 考虑高程效应的水下爆破振动衰减拟合模型研究[J]. 振动与冲击, 2016, 35(13): 173−178.

    PENG Y X, WU L, SU Y, et al. Fitting models of underwater blasting vibration attenuation considering effects of elevation[J]. Journal of Vibration and Shock, 2016, 35(13): 173−178.

    [8]

    韩宜康, 杨长卫, 张建经, 等. 坡面角度对岩质边坡加速度高程放大效应的影响[J]. 地震工程学报, 2014, 36(4): 874−880. doi: 10.3969/j.issn.1000-0844.2014.04.0874

    HAN Y K, YANG C W, ZHANG J J, et al. The influence of slope angle on the elevation amplification effect of rock slope acceleration[J]. China Earthquake Engineering Journal, 2014, 36(4): 874−880. doi: 10.3969/j.issn.1000-0844.2014.04.0874

    [9]

    李祥龙, 赵泽虎, 王建国, 等. 基于EMD−HHT和小波理论的地下浅孔爆破振动规律研究[J]. 有色金属工程, 2021, 11(12): 100−108.

    LI X L, ZHAO Z H , WANG J G, et al. Research on vibration law of underground shallow hole blasting based on EMD−HHT and wavelet theory[J]. Nonferrous Metals Engineering, 2021, 11(12): 100−108.

    [10]

    武旭. 台阶地形爆破地震波传播规律研究[D]. 唐山: 华北理工大学, 2015.

    WU X. Research on seismic wave propagation law of terrace terrain blasting[D]. Tangshan: North China University of Science and Technology, 2015.

    [11]

    阳生权, 张家辉, 吕中玉, 等. 较大高程差迎波坡面爆破地震地形效应分析[J]. 工程爆破, 2021, 27(1): 22−28.

    YANG S Q, ZHANG J H, LYU Z Y, et al. Blasting seismic topographic effects of follow−wave slope with higher differential elevation[J]. Engineering Blasting, 2021, 27(1): 22−28.

    [12]

    张耿城, 郭连军, 贾建军, 等. 某露天铁矿爆破振动对边坡的动态响应特征研究[J]. 中国矿业, 2020, 29(12): 165−169. doi: 10.12075/j.issn.1004-4051.2020.12.011

    ZHANG G C, GUO L J, JIA J J, et al. Research on dynamic response characteristics of blasting vibration on slope in an open−pit iron ore mine[J]. China Mining Industry, 2020, 29(12): 165−169. doi: 10.12075/j.issn.1004-4051.2020.12.011

    [13]

    程小兵, 何申中, 吴红波, 等. 二氧化碳爆破效果及振动分析[J]. 煤矿爆破, 2023, 41(3): 26−30. doi: 10.3969/j.issn.1674-3970.2023.03.005

    CHENG X B, HE S Z, WU H B, et al. Effect and vibration analysis of carbon dioxide blasting[J]. Coal Mine Blasting, 2023, 41(3): 26−30. doi: 10.3969/j.issn.1674-3970.2023.03.005

    [14]

    陈吉辉, 仇文革, 赵旭伟, 等. 基于小波包技术地铁隧道分区爆破振动特性研究[J]. 振动与冲击, 2022, 41(6): 222−228+255.

    CHEN J H, QIU W G, ZHAO X W, et al. Vibration characteristics analysis of the metro tunnel subarea blasting based on wavelet packet technique[J]. Journal of Vibration and Shock, 2022, 41(6): 222−228+255.

    [15]

    周建敏, 汪旭光, 龚敏, 等. 缓冲孔对爆破振动信号幅频特性影响研究[J]. 振动与冲击, 2020, 39(1): 240−244+280.

    ZHOU J M, WANG X G, GONG M, et al. Effects of buffer hole on amplitude−frequency features of blast vibration signals[J]. Journal of Vibration and Shock, 2020, 39(1): 240−244+280.

    [16]

    路亮, 龙源, 谢全民, 等. 提升小波包最优基分解算法在爆破振动信号分析中的应用研究[J]. 振动与冲击, 2014(5): 165−169+186.

    LU L, LONG Y, XIE Q M, et al. Application of lifting wavelet packet decomposing algorithm based on optimal basis in blasting vibration signal analysis[J]. Journal of Vibration and Shock, 2014(5): 165−169+186.

    [17]

    范伟强, 刘毅. 基于自适应小波变换的煤矿降质图像模糊增强算法[J]. 煤炭学报, 2020, 45(12): 4248−4260.

    FAN W Q, LIU Y. Fuzzy enhancement algorithm of coal mine degradation image based on adaptive wavelet transform[J]. Journal of China Coal Society, 2020, 45(12): 4248−4260.

    [18]

    王坤, 李凌均, 郝旺身, 等. 全矢FSWT方法在轴承故障诊断中的应用[J]. 机械设计与制造, 2023(12): 205−208. doi: 10.3969/j.issn.1001-3997.2023.12.044

    WANG K, LI L J, HAO W S, et al. Application of full vector FSWT method in bearing fault diagnosis[J]. Mechanical Design and Manufacturing, 2023(12): 205−208. doi: 10.3969/j.issn.1001-3997.2023.12.044

    [19]

    杨彦鑫, 路华, 林子雲, 等. 基于希尔伯特黄变换的场地液化识别方法研究[J]. 灾害学, 2024, 39(3): 36−42.

    YANG Y X, LU H, LIN Z Y, et al. Research on site liquefaction identification method based on Hilbert's yellow transform[J]. Disaster Science, 2024, 39(3): 36−42.

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出版历程
收稿日期:  2024-06-07
刊出日期:  2024-08-15

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