以往，作为减轻地面振动及声音的爆破方法，用延迟爆破雷管引起 的延迟爆破是最有效的。进而，在日本专利公开122559／1995号公报及 日本专利未审公开285800／1989号公报等介绍了提高效果的方法，该方 法使用了由集成电路(IC)控制的高计时精度雷管，其测试单级爆破产 生的主频率和波形可在设定点预先监测，该设定点的振动和声音会产生 问题，但可根据预先监视频率或波形判定延迟爆破的时间间隔。
标靶岩石对于爆破发生的振动和噪音的波形有很大影响。根据上述 方法，为了最有效地减少爆破标靶岩石所产生的地面振动或声音，需要 在存在问题之处，在每次爆破前监测爆破标靶岩石由于测试单级爆破而 产生的振动或声音的主频率或波形。
因此，以往的方法难以稳定地减轻振动和声音。
发明的概述
为克服上述缺限，本发明提供一种爆破方法，包括：在一特定的场 所进行延迟爆破；预测远处地面振动或声音波形的时间序列数据，这些 数据是由一在特定场所的假定单级爆破利用所述延迟爆破产生的地面 振动或声音波形的至少一组在先时间序列数据计算得出的，该在先系列 数据可在远处进行实地监视，还预测相应地在先实地提供的所述延迟爆 破的起爆时间序列；以上述得到的单级爆破的预测数据为基础，算出满 足特定条件的延迟爆破地面振动或声音波形的延迟爆破起爆时间序 列；和用算出的延迟爆破起爆时间序列进行后序延迟爆破。
本发明还特别涉及一种爆破方法，包括：在所述特定场所进行延迟 爆破；然后对所述延迟爆破产生的并可在远处实地监视的地面振动和声 音波形的时间序列数据、以及相应的实地提供的所述延迟爆破起爆破时 间序列数据进行富立叶变换，得到相应的谱；根据远处地面振动或声音 波形的时间序列数据预测谱，这些时间序列数据是由所述特定场所假定 单级爆破利用前述步骤中得到的相应谱得出的；对这些谱进行运算；再 对经运算的谱进行富立叶逆变换；预测由所述特定位置所述假设单级爆 破产生的地面振动或声音波形的时间序列数据；根据上述得到的单级爆 破预测数据，算出满足特定条件的延迟爆破地面振动或声音波形的延迟 爆破起爆时间；和用算出的延迟爆破起爆时间序列进行后续延迟爆破。
本发明还特别涉及一种爆破方法，包括：在所述特定场所进行延迟 爆破；然后对由所述延迟爆破产生的并可在远处实地监视的地面振动和 声音波形的时间序列数据的互相关联性序列、以及相应地实地提供的所 述爆破阶段的起爆时间序列数据的自相关联性序列进行运算；按照利文 森(Levison)算法求解维纳(Wrener)最小二乘法理论，预测通过特定场所 假设单级爆破产生的远处地面振动和声音波形的时间序列数据，上述特 定场所假定单级爆破最有可能形成所述延迟爆破的地面振动或声音波 形的时间系列数据；根据上述得到的单级爆破的预测数据，算出满足特 定条件的延迟爆破地面振动或声音波形的延迟爆破起爆时间；和用算出 的延迟爆破起爆时间序列进行后续爆破。
使用在特定场所延迟爆破的产生的地面振动或声音的时间序列数 据和该爆破的阶段起爆时间序列，预测单级爆破在远处产生的振动或声 音的时间序列数据的方法可列举出许多实例。本发明可使用如下的任何 一种方法，即只使用当前延迟爆破，即最近的延迟爆破的地面振动或声 音的时间序列数据，和该爆破的延迟爆破起爆时间序列，除了使用当前 的延迟爆破和所述的先前爆破的延迟爆破起爆时间序列之外，还可使用 先前数次延迟爆破的地面振动或声音的时间序列数据。为了更清楚地说 明本发明的思想，下面描述本方法的几个实施例，这些方法只使用当前 延迟爆破的地面振动或声音的时间序列数据和该爆破的延迟起爆时间 序列。
首先对逐次分解推算法加以说明。
现将延迟爆破在特定场所下的振动或声音的时间序列数据设定为 am、该爆破的延迟起爆时间序列作为△i，可按如下方法依次计算出想预 测的单级爆破产生的振动或声音的时间序列数据Xm。另外，am及Xm 表示用样本点间隔为△i、样本数为N取样的第m个的数据。因此，m 取值范围为0≤m≤N-1。另外△i是用△t除第i个延迟起爆时间Ti得到的 整数，若将阶段数取值范围为L，则i取为0≤m≤L-1。此时，△0为0。
以下，对于富立叶变换法加以说明。
将现阶段延时爆破在特定场所的振动或声音的时间序列数据作为 A(t)、将该次起爆的延迟起爆时间数据设为ζ(t)，以预测的单级爆破的振 动或声音的时间序列数据设为X(t)，对于这3种时间序列数据可看到下 述的关系。
即用单级爆破波形X(t)和ζ(t)迭积表示阶段延时爆破波形A(t)。当 t＜0时，则t0=0，X(t)=0。
假设各爆破阶段的幅度相等，当起爆时间t为t=t0、t1、…tn时， ζ(t)=1；当起爆时间t不为t0，t1…tn时ζ(t)=0。
若将上述等式进行富立叶变换，成为下式：
        A(f)=X(f)·ζ(f)    (f：频率)
因此，
       X(f)=A(f)／ζ(f)
由于A(f)、ζ(f)可从A(t)、ζ(t)求出，下一步可对求出的X(f)进行富立 叶逆变换，从而把X(f)从频率范围变换成时间范围，得到想预测的单级 爆破的振动或声音的时间序列数据X(t)。
以下，对反迭积法加以说明。
将该现延迟爆破在特定场所的振动或声音的时间序列数据作为 At、把通过消除单级爆破的测量误差和相关偏差得到的不均匀的地面振 动和声音时间序列数据设为Bt，把该爆破的阶段起爆序列数据设为ζt(假 如各爆破阶段的幅度相等，当爆破时间t=t0、t1、…tn时ζt=1、当t≠t0、 t1…tn时ζt=0。)将预测的单级爆破的地面振动或声音的时间序列数据设 为Xt。
上述四种时间序列数据公认有如下的关系。
因此，可以计算出Xt到使At和Bt间的误差达到最小，所计算的Xt 就是希望求出的单级爆破的地面振动或声音的数据。
在此，按照下面所述维纳最小二乘法的理论，求出单级爆破的地面 振动和时间数据。
首先，若将At和Bt的误差的能量作为E，可建立下列等式： $E=\underset{t=0}{\overset{n}{\Sigma }}{(A_t-B_t)}^2$ 另外， $B_t=\underset{s=0}{\overset{m}{\Sigma }}{X}_s·{\zeta }_{t-s}$ 因此， $E=\underset{t=0}{\overset{n}{\Sigma }}{(A_t-\underset{s=0}{\overset{m}{\Sigma }}{X}_s·{\zeta }_{t-s})}^2$ 误差的能量在E／Xi=0时为最小，所以 因此， $\underset{s=0}{\overset{m}{\Sigma }}{X}_s\underset{t=0}{\overset{n}{\Sigma }}{\zeta }_{t-s}{\zeta }_{t-i}=\underset{t=0}{\overset{n}{\Sigma }}{A}_t{\zeta }_{t-i}$ 其中， $\underset{t=0}{\overset{n}{\Sigma }}{\zeta }_{t-s}{\zeta }_{t-i}={\phi }_{i-s}$ (φ：ζ的自相关函数) $\underset{t=0}{\overset{n}{\Sigma }}{A}_t{\zeta }_{t-i}={\psi }_i$ (ψ：A和ζ的互相关函数) 因此， $\underset{s=0}{\overset{m}{\Sigma }}{X}_s{\phi }_{i-s}={\psi }_i$
将其通过利文森算法求出上述等式，算出希望求出的单级爆破波形 Xt。
另外，为了提高这些方法的预测精度，需要使用移动平均 (displacemernt averaging)、带通滤波等方法，使现延迟爆破在特定场所 的时间序列数据的SN比尽可能优良。
接着，根据上述得到的单级爆破的预测数据，可有多种方法计算延 迟爆破的起爆时间序列，这些时间序列可形成满足特定条件的延迟爆破 振动或声音的波形。例如有待公开的日本专利申请122559／1995号公报 所述的，基于主频率设定振动波干扰的起爆时间间隔的方法、如特开平 285800／1989号公报所述的，基于迭加的原理，预测本爆破的振动波形， 选择最佳时间间隔的方法、如特开平14480／1996号公报所述的，利用M 系列的方法、如火药学会志、Vol．55、No．4、1994所示的，利用自相关 函数及互相关函数的方法等。
另外，所说的特定条件，是指若是振动，是将位移幅度、位移速度 幅度、位移加速度幅度或振动值、振动加速度值等测定值减至最小，若 是声音是将声压幅度或噪声水平等的测定值减至最小。有时，在特定的 频率范围内，特定的条件意味着要将上述测定值减至最小。
只要算出延迟爆破起爆时间序列，例如特开昭261900／1987号公报 和特开平285800／1989号公报中所公开的高精度时间控制雷管，根据计 算出的时间进行爆破。该爆破引起的振动或声音，在特定的场所进行监 测，并与该爆破的阶段起爆时间序列同时再次使用，以便预测下次爆破 的单级爆破的地面振动或声音的时间序列数据。
按照本发明的爆破方法，而不须监视某位置单级爆破产生的地面或 波形的主频率，该特定位置与原先每次爆破相比，地面振动或声音不可 测定。
图的简单说明
图1表示在A点地面竖向振动的波形。该波是起爆设在水中的两 个炸药包而得到的，可分别得出10ms、40ms的起爆时间(起爆时间间 隔30ms)，每一炸药包包括一电雷管和一100g的水胶炸药。
图2表示在A点地面竖向振动的波形，该波是引爆设在水中的炸 药包而得到的，可得出10ms的起爆时间，炸药包包括一电雷管和一100g 的水胶炸药。
图3中，图3-1表示通过本发明所述的逐次分解推算方法，从图1 所述波形推出的单级爆破与竖向地面振动的波形。图3-2表示通过本发 明所述的富立叶变换法从图1所示波形推出的单级爆破竖向地面振动的 波形。图3-3表示通过本发明所述的反迭积法从图1所示波形推出的单 级爆破竖向地面振动的波形。
图4中，图4-1表示使用图3-1的波形，根据线性迭加原理，以120ms 的起爆秒时间隔进行两段式延迟爆破时，在A点预测的竖向地面振动的 波形、图4-2表示使用图3-2的波形，根据线性迭加原理，以120ms的 起爆秒时间隔，进行两段式延迟爆破时，在A点预测的竖向地面振动的 波形、图4-3表示使用图3-3的波形、根据线性迭加原理，以120ms的 起爆秒时间隔进行两段式延迟爆破时，在A点预测的竖向地面振动的波 形。
图5是A点竖向地面振动的波形，该波形是引爆设在水中的2个 设在水中的炸药包而得到的，分别具有10ms、130ms的起爆时间，每一 炸药包包括一电雷管和一100g的水胶炸药。
图6是A点竖向地面振动的波形，该波是引爆设在水中的二个设 在水中的炸药包而得到的，分别具有10ms、40ms、70ms、100ms、130ms 的起爆时间，每一炸药包包括一电雷管和一100g的水胶炸药。
图7中，图7-1表示通过本发明所述的逐次分解推算方法从图6所 示波形中推出的单级爆破竖向地面振动的波形、从图7-2表示通过本发 明表示的富立叶变换法从图6波形推出的单级爆破竖向地面振动的波 形、图7-3表示通过本发明表示的反迭积法从图6波形推出的单级爆破 竖向地面振动的波形。
图8中，图8-1表示使用图7-1的波形，根据线性迭加原理，以90ms 的起爆秒时间隔，进行5段式延迟爆破时，在A处预测的竖向地面振动 的波形、图8-2表示使用图7-2的波形，根据线性迭加原理，以90ms 的起爆秒时间隔，进行5段式延迟爆破时，在A处预测的竖向地面振动 的波形、图8-3表示使用图7-3的波形，根据线性迭加原理，以90ms 的起爆秒时间隔，进行5段式爆破时，在A处预测的竖向地面振动的波 形。
图9表示A点竖向地面振动的波形，该波是引爆设在水中的5个 炸药包而得到的可分别得出10ms、100ms、90ms、280ms、370ms的起 爆时间(起爆时间间隔90ms)；每一炸药包包括一电延迟雷管和一100g 的水胶炸药。
实施本发明的最佳方向
以下，用实施例具体地说明本发明的爆破方法。
在一个长边25m、短边25m(即长短边相同)、深4m的池中心附 近的水深2m处，以相互约1m的间隔设置多个炸药包，每一炸药包包 括一设有合适起爆时间的电延迟雷管(商品名EDD)和100g的水胶炸药 (商品名Sunvex)，并将其起爆。在距该地100m处(以后称为A处)，测 定地面振动(法线方向X、切线方向Y、竖直方向Z)，来验证本发明的 效果。
实施例1
将2根起爆时间分别设定在10ms、40ms(起爆时间间隔30ms)的电 延迟雷管分别装入100g的水胶炸药中，并放在水中，起爆雷管，测定A 处的地面振动。在得到的波形中，竖直地面振动的波形中得到如图1所 示的波形。另外，将设定起爆时间为10ms的电延迟雷管装入100g的水 胶炸药放在水中，测定单独起爆时A处的地面振动。结果竖直地面振动 的波形如图2所示。
接着，从图1的波形中推出构成本波形的单级爆破的竖直地面振动 的波形。通过本发明所示的逐次分解推算法、富立叶变换法、反迭积 (de-convolution)法得到的波形分别如图3-1、图3-2、图3-3所示。
接着，使用上述推定的波形(图3-1、图3-2、图3-3)，根据线性 迭加原理，对不同起爆时间间隔的两段式爆破预测下次爆破的竖直方向 振动波形。可得到以120ms的起爆间隔，A处的竖直方向振动的最大位 移速度幅度为最小的结论。根据逐次分解推算法、富立叶变换法、反迭 积法可得出间隔为120ms的两段式爆破的竖直方向振动预测的结果，分 别如图4-1、图4-2、图4-3所示。
基于该结果，将2根起爆时间设定成10ms、130ms(起爆时间间隔 120ms)的电延迟雷管分别装入100g的水胶炸药，并放在水中起爆，测 定在A处的地面振动。得到的波形中，竖直地面振动的波形如图5所示。
在以上得到的9种波形中，首先，通过单级爆破得到的图2所示的 波形，与逐次分解推算法、富立叶变换法、反迭积法预测的单级爆破的 如图3-1、图3-2、图3-3所示的波形进行比较表明，其波形非常类似， 逐次分解推算法、富立叶变换法、反迭积法都是有效的两段式爆破波形 预测方法。进而，通过相关系数评价两波形的类似度时，图2和图3-1、 图3-2、图3-3的相关系数(correlation coefficient)分别为0．88、0．93、 0．96，证明在定量上是类似的。
接着，使用从逐次分解推算法、富立叶变换法、反迭积法预测的两 段式爆破波形，以起爆时间间隔120ms进行两段式爆破，根据线性迭加 原理，得到如图4-1、图4-2、图4的两段式延迟爆破的波形，将这些波 形与图5所示的竖直方向振动波形进行比较，表明它们也是非常一致 的。另外，图4-1、图4-2、图4-3和图5的相关系数分别为0．92、0．92、 0．91。
实施例2
将5根起爆时间设定成10ms、40ms、70ms、100ms、130ms(起爆 时间间隔30ms)的电延迟雷管装入100g的水胶炸药，并放入水中起爆， 测定A处的该爆破的地面振动。得到的波形中，竖向地面振动的波形如 图6所示。
接着，从图6的波形推定单级爆破的竖直地面振动的波形。通过本 发明所示的逐次分解推算法、富立叶变换法、反迭积法得到的波形如图 7-1、图7-2、图7-3所示。
接着，使用推定的波形(图7-1、图7-2、图7-3)，根据线性迭加 原理，预测按不同起爆时间间隔设置的5段式爆破的依次爆破的竖直地 面振动波形。可得到，以90ms的起爆时间间隔，使A处竖直地面振动 的最大位移速度幅度达到最小的结论。从逐次分解推算法、富立叶变换 法、反迭积法得出的起爆间隔为90ms的5段式爆破的竖直地面振动预 测波形分别表示在图8-1、图8-2、图8-3中。
按照该结果，将起爆时间分别设定在10ms、100ms、190ms、280ms 和370ms(起爆时间间隔90ms)的5根电延迟雷管装入100g水胶炸药 中。再放在水中起爆，测定在A处的地面振动。得到的波形的中竖直地 面振动的波形如图9所示。
将单级爆破得到的图2中的波形与从分段爆破通过本发明的逐次 分解推算法、富立叶变换法、反迭积法预测的图7-1、图7-2、图7-3所 示的波形进行比较，可以看出这些波形非常相似，而且和5段式延迟爆 破得出波形也非常相似。这说明逐次分解推算法、富立叶变换法、反迭 积法是有效的单级爆破波形预测方法。进而，图2与图7-1、图7-2、图 7-3的相关系数是0．92、0．96、0．93。
使用从逐次分解推算法、富立叶变换法、反迭积法预测的单级爆破 波形，以起爆时间间隔90ms进行5段式爆破，根据线性迭加原理预测 的5段式延迟爆破的波形如图8-1、图8-2、图8-3所示，把这些波形与 图9所示的竖向地面振动的波形进行比较，其结果表明这些波形非常一 致。图8-1、图8-2、图8-3与图9的相关系数是0．86、0．90、0．89。
工业应用
本发明的爆破方法，对于减轻爆破时发生的振动及噪音是有用的。