立井爆破振动信号混沌特征研究

采用传感器井壁预埋法对冻结立井爆破井壁振动信号进行了准确采集,运用混沌理论研究了频率切片小波各频带重构子信号的混沌动力学特征。通过吸引子轨迹变化对立井爆破信号特征进行了直观描述和定性分析。结果表明:立井爆破振动信号具有混沌特征,混沌吸引子在相空间的形态以主振频率所处的频带为分界线,在低于主振频率的子频带范围内,随着频率的增加混沌吸引子在相空间体积逐渐扩展并稳定;高于主振频率的子频带,随着频率的增加混沌吸引子体积收缩且离散。爆破混沌吸引子体积的变化有助于信号主频、幅值和能量信息的精确提取和识别。     

二氧化碳爆破效果及振动分析

基于露天矿山开采工程开展二氧化碳爆破实验,探究二氧化碳爆破效果,并且对实验进行爆破振动监测,分析振动能量,研究二氧化碳爆破对周围环境的影响。运用希尔伯特-黄变换(HHT)对爆破振动数据进行分析,探究二氧化碳爆破产生的振动信号的频谱特征。结果表明：二氧化碳爆破振动能量主要分布于0～100 Hz频带,且主频为0～60 Hz;本文条件下的二氧化碳爆破振动幅值在允许范围内,对工程建设和周边房屋均不会造成影响。     

爆破震动信号的小波包分析

爆破引起的震动非常复杂,是一种典型的非平稳信号。利用小波分析良好的时频局部化性质,可以很好地对爆破地震波进行信号重构和能量分析。利用MATLAB的“db6”小波基函数,编制MATLAB程序,把震动信号划分为几个频带进行分析,在每个频带上选取该波段的速度峰值及其主频,据此得出不同频带上的能量分布情况。通过对实测爆破震动信号的小波包分析可以看出,大多数信号的主频位于0～15 Hz以内的中低频带内,这对爆破震动的安全控制具有现实意义。     

煤矿工作面微震信号特征及其能量变化研究

为对冲击地压预测指标及阈值的设定提供一定支撑,运用SOS微震监测系统对某煤矿2-228工作面的矿震信号进行远离、实时、动态、自动监测,采用窗口傅立叶变换对微震原始信号进行处理,分析了不同能量级别微震波形及频谱的特征。研究结果表明：不同能量级别下信号所对应的波形形态和频谱存在不同特征。振幅高、主频低且集中、信号持续时间长、尾波相较首波发育明显、衰减速率慢是强矿震的典型特征;随矿震能量的减小,震动衰减速率逐渐变快,信号持续时间变短,首波发育开始明显,速度振幅随相应变低,但振幅降低速率逐渐放缓,主频由集中逐渐向扩散发展,而频率分布范围影响却不大。     

工程微震监测信号参数统计分析

有用微震信号的提取是微震监测技术在工程应用上的一个难点,制约着该技术的应用效果。以香炉山钨矿为背景,采用经验辨识方法对岩体破裂微震信号、爆破信号、人工敲击信号、凿岩和铲运设备作业信号等的参数如振幅、主频、上升时间、衰减时间和相对能量等进行了详细的统计分析,得到了这些参数的统计数据;采用Flouries变换和wavelet变换理论方法对复杂信号的去噪效果进行了分析,获得了较好的去噪效果,将所得到的各种微震信号参数以及所采用的理论分析方法制成了统计表格,可为进一步的信号分析提供参考。     

基于能量分布特征的矿山微震和爆破信号自动识别研究

针对矿山现有微震监测系统实时性低、缺乏有效信号识别功能等问题,本文开展了基于能量分布特征的矿山微震和爆破信号自动识别方法研究,以推动矿山微震监测全自动处理技术发展。本文采用8层小波分解及系数重构的方法对矿山微震信号及爆破信号进行分解,了解各层小波系数重构频域的能量占比特征,研究发现,爆破信号能量主要集中在第三层和第四层,微震信号能量主要集中在第四层～第六层,因此,可通过该能量占比特征进行微震信号和爆破信号的识别。本文收集了矿山为期两个星期的生产数据,挑选出202条数据建立其能量占比特征的数据样本集,采用支持向量机原理,利用径向基函数对数据样本集进行学习训练,进而得到信号识别模型。最后收集195条矿山现场数据进行识别测试,结果表明,识别准确率达到86%,微震识别精确率达到90%以上,说明本文提出的信号识别方法能够有效实现矿山现场的微震信号与爆破信号的识别。     

“两硬”条件下冲击地压微震信号特征及前兆识别

结合微震监测数据,对大同忻州窑矿8935“两硬”条件工作面回采过程中发生的冲击现象进行分析;从微震事件震源定位、能级与频次关系以及冲击前微震信号频谱演化规律等方面讨论了该工作面冲击地压机理及前兆信息特征。研究表明：8935工作面冲击地压为坚硬顶板破断诱发煤柱区域积聚能量的突然释放所致;冲击震源多在工作面超前50 m范围内沿采空区煤柱侧,且主要集中在坚硬顶板断裂后发生压缩、反弹的空间区域;冲击地压前微震事件频次、能量、微震信号 b 值及主频均呈下降趋势。冲击地压前微震频谱主要集中在5~60 Hz,微震主频急剧降低和幅值明显升高可视为冲击前兆特征之一。     

煤岩静爆致裂微震活动规律及频谱演变特征

利用静态破碎剂对原煤试件进行静爆致裂,通过煤岩动力灾害实验模拟系统(ZDKT-1型)实时监测该破裂过程中的微震信号,以模拟研究煤岩静爆致裂增透过程中微震活动规律及频谱演变特征。研究发现:(1)受煤岩层理影响,煤岩静爆致裂后除纵向裂纹外还存在横向裂纹,但纵向裂纹多于横向裂纹;(2)静爆致裂可分微裂、膨胀压传递及劈裂3个阶段;随着进程发展,微震幅值趋于走强,尾波愈发明显,频域变宽(但主频降低),且主震、尾波频域差异较大;可通过微震幅值、尾波发育及频谱特征评估煤层静爆致裂增透进程;(3)微震事件阵发性明显,且幅值及能量呈强弱相间分布;微震计数与总裂纹面积正有关,可通过微震事件数评价煤层致裂增透效果。     

义煤矿区冲击地压微震信号频谱特征分析

利用微震监测系统,搜集了义煤矿区跃进矿、千秋矿和常村矿发生冲击地压时微震信号,对其进行快速傅里叶(FFT)变换,分析微震信号的时域波形及频谱特征。得出如下结论:冲击地压发生时,主震振幅较大,其中跃进矿高振幅持续时间短,波形持续时间(大于0.2s);千秋矿高振幅持续时间长(大于0.3s),波形持续时间长(大于0.4s);常村矿高振幅持续时间长(0.5~1.0s),尾波持续时间(大于0.2s)。低频所占比例较大,频带较宽,其中跃进矿主频集中在0~80Hz,大能量波形主频集中在0~40Hz之间;千秋矿主频集中在0~240Hz,大能量波形主频集中在0~100Hz;常村矿主频集中在0~100Hz,大能量波形主频集中在0~40Hz。     

基于波形特征和决策树分类算法的岩体破裂信号识别

微震监测技术能够捕捉开采扰动下岩体响应信息,已被广泛应用于岩体稳定性分析与矿山安全生产管理。受矿山现场频繁生产活动的影响,微震监测系统能够捕捉到不同类型信号,导致噪音信号较多,无法及时有效地揭示开采扰动下岩体响应规律。本文依托阿舍勒铜矿微震监测,分析了微震系统采集典型信号波形参数特征的差异,提出了基于决策树分类算法的岩体破裂信号识别方法,并对其识别精度进行了对比分析。研究结果表明,电气噪音信号、爆破信号、机械振动信号、岩石破裂信号的持续时间、上升时间、振铃数、上升振铃数、最大振幅、主频等参数分布范围存在不同程度的重合,无法采用单一参数有效识别岩体破裂信号,消除噪音信号的影响。采用决策树分类算法构建岩体破裂信号识别模型,能够有效消除噪音信号的影响,识别准确率达97.8%,显著高于支持向量机(SVM)模型73.9%的准确率。研究成果对于快速圈定、预警岩体破坏高风险区域具有重要意义。     

矿山微震定位有效信号自动识别研究

为提高矿山微震定位有效信号的自动识别效率和识别精度,采用小波包分析手段对微震监测系统采集的信号进行了5层分解,研究了不同信噪比微震信号在小波包分解结果中最高能量所在频带的区别,提出了微震监测有效信号自动识别模型,并通过千秋矿实测爆破数据对模型精度进行了定位检验。     

高应力区微震监测信号特征分析

如何识别不同微震信号，尤其是快速识别冲击危险信号，以便及时采取解危措施，是微震监测中亟待解决的问题.以三河尖矿9202采面过上覆煤柱高应力区为背景，通过微震信号的时-频分析技术，总结提炼了不同微震信号的重要波形特征.研究表明：不同微震信号在频率特征、信号持续时间、释放能量等多方面都存在区别，冲击矿压波形有震幅大、衰减快、尾波较发育、频带分布较窄等重要特征.通过对微震信号的特征分析，有助于深入揭示微震监测的震源机理，进一步推动冲击矿压的预测预报工作.     

冻结立井模型爆破振动信号的小波包分析

从能量分布特征角度研究爆破振动信号,以达到认识爆破振动危害并提出危害控制方法的目的。结合冻结立井爆破模型试验,获取冻结岩壁指定点爆破振动信号,采用db6小波基对爆破振动信号进行小波包分析,得到各信号不同频带能量分布,研究了高程差、等效距离对振动信号能量衰减规律的影响,利用量纲分析法建立了能量预测公式,并通过实测数据回归分析验证了其正确性。结果表明:各测点振动信号能量随着时间的变化表现为高频部分衰减快、低频部分衰减慢的特征;爆破振动能量分布范围广泛,主振频带较宽且由多个分振频带组成;随着高程的增加、传播距离的增大、能量有向低频集中的趋势;能量大小与药量成正比,与等效距离成反比;结论为鄂尔多斯盆地冻结岩层爆破能量衰减规律、安全性评价提供理论依据。     

基于改进能量极值法的微震信号与爆破信号识别方法

微震监测是深部矿山安全、高效开采的一种重要的辅助手段。然而,井下布设的监测台网实时采集的数据包括微震信号、爆破信号、钻机、矿车机械设备噪声等,人工手动对不同信号进行分类不仅耗时耗力、效率低且主观性强,对后续微震信号到时拾取及微震事件定位分析造成了极大干扰。以国内某铜矿微震监测系统采集的信号为研究对象,基于能量极值法(Energy Extreme Value,EEV),通过计算移动时窗区间内的信号能量Ratio曲线,统计曲线上极值点起始时间到结束时间的总时长以及能量Ratio曲线上波峰数,提出了一种微震信号与爆破信号自动识别方法。采用MATLAB软件对该铜矿现场采集的数据进行了分析处理,结果表明:该方法能精确识别微震信号、采场爆破信号、巷道掘进爆破信号,对连续3个月采集的信号识别准确率分别为90.7%、91.8%、95.2%。该研究成果为微震信号处理提供了一种新的方法,具有一定的工程应用价值。     

段数对爆破振动信号的时频特性影响分析

为了研究段数对爆破振动信号时频特性的影响,首先将实测的单段信号利用Matlab7.0编制程序,分别选取10,20,30,40 ms为微差间隔进行叠加,获取了4种微差间隔下不同段数的爆破振动信号,然后利用AOK时频分布与小波分析相结合的方法,从质点振动速度峰值、总能量、主频、频带能量的角度进行了研究。结果表明：随着段数的增加爆破振动信号质点振动速度峰值与主频存在收敛性;总能量和主频的持续时间几乎呈线性增加;频带能量比向高频发展,频带能量的持续时间延长。研究成果可全面揭示段数对爆破振动信号时频特性的影响,并为从能量的角度进行抗振、降振的研究提供参考。     

基于WPD-SVD的矿山微震信号特征提取及分类方法

为减少人工识别矿山微震事件的工作量,提出了基于小波包分解(WPD)和奇异值分解(SVD)提取微震信号特征的方法。首先对爆破震动、岩体破裂、机械干扰和电干扰等4种信号进行4层小波包分解,再利用奇异值分解计算第4层节点上小波包系数构成矩阵得到奇异值。以奇异值为特征值,建立16维特征向量,利用支持向量机(SVM)对400组矿山现场微震信号进行了训练和分类。研究结果表明:与爆破震动、岩体破裂和电干扰信号相比,机械干扰信号的奇异值的差异性最大;SVM的分类正确率达到94.5%,取得了理想的分类效果。     

基于经验小波变换的矿山微震信号识别研究

针对微震信号与爆破震动信号自动识别难的问题,提出了基于经验小波变换(EWT)的矿山微震信号识别方法。运用仿真信号对EWT和经验模态分解(EMD)进行对比检验,表明EWT分解效果要优于EMD,而且可以减少模态混叠问题;对矿山实测的400组爆破震动和微震信号进行EWT分解,得到紧支集频谱的内禀模态分量,借助互信息量筛选得到f1～f7共7个分量,进而分别利用分量f1～f7构建Hankel矩阵,计算每个Hankel矩阵的奇异值平均值、方均根值、标准差,并作为特征量;利用支持向量机(SVM)对微震和爆破震动信号进行分类。结果表明:爆破震动信号分量f1～f7的奇异值方均根值和标准差都要大于微震信号,分量f1～f5的奇异值平均值要大于微震信号; EWT_Hankel_SVD特征提取法识别效果要优于应用较为广泛的EWT_SVD,且基于EWT_Hankel_SVD分类准确率达到92.5%。     

李雅庄煤矿微震信号类别及微震事件时空分析

为了能够给煤矿冲击地压危险性的预测预报提供理论依据,采用SOS微震监测系统对李雅庄煤矿2-610工作面附近煤岩体进行为期2个月的微震信号监测,综合微震信号能量、震中位置及震源垂直标高等信息分析了工作面微震信号类别,并深入研究了微震事件的时空分布规律。结果表明:2-610工作面断层活化的微震信号能量级别为105J,主频为30～55 Hz;采空区基本顶断裂及开切眼处顶板破裂的微震信号能量级别均为104J,主频前者为25～35 Hz,后者为45～70 Hz;采空区直接顶垮落的微震信号能量级别为103J,主频为25～45 Hz。在确定的生产空间中微震事件主要集中在位置变化不大的3个区域;微震频次主要受生产时间的影响,其随交接班后正常生产时间的增加有一个逐渐增加的过程,且存在一定的滞后。     

爆破震动信号在不同掏槽形式下的HHT分析

为研究钻爆法施工技术对巷道围岩稳定性的影响,减少围岩损伤,通过设计直眼和楔形两种掏槽爆破方案进行相应的爆破实验。利用HHT(Hibert-Huang Transform)法对检测到的爆破震动信号进行分析,得到信号的时频分布和能量谱图,并由此对两种掏槽形式进行比较。结果表明:直眼掏槽信号内主频较高且主频带的范围较小,高频能量的比例较大;楔形掏槽信号主频较低但频带范围较宽,信号内的低频能量比例增加,前者对围岩损伤大于后者且都保证了巷道围岩的稳定性。     

某核电站控界保护性开挖爆破信号小波包分析

使用TC4850便携式振动监测仪,对某核电站控界保护性开挖爆破工程进行振动测量,基于MATLAB编程分析,对原始信号进行去噪,并分析其能量特性;采用小波包分析方法研究了振动幅值、频谱特性和能量频带分布特征.结果表明:在既定研究条件下,该区域的爆破振动主要频率范围为7.812 5~23.437 5 Hz,频带能量约占总能量的70%.研究结论为工程技术人员优化该核电站爆破参数,降低爆破振动,控制边坡损伤提供了依据.