煤岩微弱电磁信号的噪声源识别及去噪方法

煤岩破坏可以产生电磁信号,分析其信号特征对于准确预测煤岩动力灾害有着重要作用,然而当破裂信号较为微弱时,外界干扰因素会对结果分析产生极大影响。为此,在分析实验条件下煤岩受载电磁信号的噪声来源及其各自特征的基础上,提出了循环带阻滤波、基于白噪声统计特征及经验模态分解(EMD)的均值滤波、基于模态分量自相关函数频谱的准周期特征识别及带阻滤波等方法,对不同源头的噪声进行了自动识别及去噪,同时,在信号源未知的情况下提出了评估去噪效果的噪噪比(NNR)方法。结果表明:基于分源去噪方法而得出的型煤电磁信号噪噪比仅为0.136 6,明显优于单一的小波及EMD去噪方法,表明分源去噪方法在煤岩受载微弱电磁信号去噪中有着良好的应用效果。     

考虑截齿损耗的多传感信息融合煤岩界面感知识别

为了实现采煤机开采过程中煤岩界面的精准识别,提出一种基于多传感信息融合的煤岩界面感知识别方法。考虑截齿损耗对采煤机截割特征信号的影响,测试采煤机截齿处于新齿、轻微磨损、一般磨损以及严重磨损4种状态下,截割不同比例煤岩过程中的振动信号、电流信号、声发射信号以及红外闪温信号,建立截齿不同磨损程度下的多截割信号特征样本库。根据相邻截煤比各截割特征信号的模糊特征,以最小模糊熵为优化目标,采用自适应权重粒子群算法优化求解各截割特征信号的隶属度函数。构建基于D-S理论的"与"决策准则,实现对煤岩界面的精准识别。通过分析截煤比识别结果信度值的分布特征及趋向性,确定截煤比识别结果在不同截煤比的信度值与实际煤岩比例的匹配关系,利用识别结果的信度值对煤岩轨迹进行进一步的优化。根据实验结果可以得到:(1)截齿磨损程度对煤岩各截割特征信号的变化影响显著,截齿不同磨损程度下各截割特征信号的最优隶属度函数呈现动态变化;(2)煤岩界面轨迹的识别结果逼近具有最大信度的截煤比,且对于次大信度截煤比具有一定程度的趋向性;(3)基于单一优化隶属度函数进行隶属度求解及融合识别,煤岩界面识别精度随着截齿损耗的加剧大幅度下降,最大下降幅度达到43.04%;(4)考虑截齿损耗的多传感信息融合识别模型克服了截齿损耗对信号的误差影响,对煤岩界面具有更高的识别精度,识别误差浮动在1.54%范围内。     

工作面煤壁振动信号分析

为研究综合机械化采掘设备工作对煤壁的扰动信号,探讨机械工作扰动对煤体破碎的作用,利用煤机装备试验系统采集了不同工况下煤壁的振动信号,采用希尔伯特黄变换对煤岩体受迫振动信号进行了模态分离和信号重构,并通过PFC2D模拟了煤壁振动信号对高能位煤岩的诱导破坏作用.研究结果表明:煤壁自振信号没有明显的载波特征,能量较低;采煤机...     

工作面煤壁振动信号分析

为研究综合机械化采掘设备工作对煤壁的扰动信号,探讨机械工作扰动对煤体破碎的作用,利用煤机装备试验系统采集了不同工况下煤壁的振动信号,采用希尔伯特黄变换对煤岩体受迫振动信号进行了模态分离和信号重构,并通过PFC2D模拟了煤壁振动信号对高能位煤岩的诱导破坏作用。研究结果表明:煤壁自振信号没有明显的载波特征,能量较低;采煤机直行割煤与斜切进刀扰动信号主要集中在低频阶段7～12 Hz,表现为低频诱导煤岩作用;低能量扰动能诱导高能位煤体发生破坏,有利于提高深部煤岩的破岩效率。研究结果对深部煤体低能耗截割理论的发展与完善具有重要意义。     

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。     

煤岩电磁辐射理论与技术新进展

煤炭作为我国重要的基础能源和工业原料,其安全开采是保障国家能源安全、支撑经济社会稳定发展的关键。随着浅部煤炭资源的逐渐枯竭,深部开采逐渐成为我国煤炭资源开发新常态,煤岩动力灾害风险随之攀升,严重制约煤炭安全高效开采,对我国煤炭工业可持续发展造成了恶劣的社会负面影响。准确可靠的监测手段是进行煤岩动力灾害防治的必要前提,地球物理监测预警方法通过感知煤岩变形破坏过程中释放的声、电、磁等物理信号来反演煤岩体的损伤破坏状态,已被广泛应用于煤岩动力灾害预警中。其中电磁辐射监测法具有非接触、无损、实时、前兆性强等优势,适用于矿山信息化智能化发展要求。因此,大力推动电磁辐射监测技术的发展,对于煤岩动力灾害防治具有重要意义,可为智慧矿山建设提供重要的技术支持。围绕试验现象、机理模型、技术方法3个方面对电磁辐射理论与技术研究成果进行综述,回顾了电磁辐射现象的发现过程,分析了电磁辐射信号特征、影响因素、力电耦合效应等煤岩电磁辐射特征规律,根据典型电磁辐射机理模型与应力作用、裂纹扩展过程的相关性进行了分类评述,并对现有煤岩电磁辐射监测预警装备及技术方法进行了简要介绍。在此基础上,详细阐述了近年来在煤岩电磁辐射...     

基于信号检测和算法分析的煤岩识别方法研究

针对不同硬度煤岩识别精度低的问题,基于煤岩截割试验并结合卡尔曼滤波算法和随机森林算法,提出了一种煤岩识别方法,利用截割装置对相似模拟试验中的1种煤层和5种不同硬度的煤岩组合体进行截割,采集6种截割工况的三相电机的三相电流特征信号和模拟截割滚筒与煤岩体接触面的红外热成像温度特征信号。结果表明：随着煤岩体硬度的增大,三相电流和红外热成像温度的峰值增大;截割同一种煤岩体时,三相电流和红外热成像温度会随着模拟截割滚筒与岩层接触面积的增大而增大。采用卡尔曼滤波算法对原始样本处理,再通过随机森林算法对原始样本和经过卡尔曼滤波算法处理后的样本进行分类对比。经过两种算法处理后正确预测的样本数量从1238个增加到1430个,煤岩识别精度从84.17%提高到99.38%。研究成果可为采煤机智能化精准割煤提供参考。     

煤岩动力灾害的机理分析及防治

煤岩动力灾害发生的前提条件是煤岩体发生变形破坏。根据大量低围压压缩实验总结出煤岩的2种破坏形式,并分析了煤岩动力灾害的发生机理。应用能量极小原理和变分原理研究了煤岩动力灾害的能量失稳判据。以冲击地压为例,分析了其发生的机理;根据能量失稳判据,研究了煤体发生冲击地压的条件。最后,分析了防治煤岩动力灾害的理论依据。     

煤岩单体及原生组合体变形损伤特性对比试验研究

研究煤岩组合体在不同应力条件下的变形损伤规律,对揭示矿山动力灾害机制具有重要 意义。 在单轴加载条件下,分析原生煤岩组合体、人工煤岩组合体及煤岩单体应力-应变规律,通 过采集加载过程中试样声发射行为信息,初步探究原生煤岩组合体损伤破坏规律。 对比分析发 现:① 煤岩组合体界面的差异对煤岩组合体力学性质、声发射特征具有较大影响;② 单轴加载条 件下4种试样抗压强度依次为:岩样>人工煤岩组合体试样>原生煤岩组合体试样>煤样;③ 组 合体受载变形和峰值强度受介质间界面条件、弹性模量及尺寸效应等多重因素影响;④ 原生煤 岩组合体在加载屈服破坏阶段内部裂隙发育贯通现象相对活跃,且早期损伤主要发生在原生煤 岩组合体界面或附近煤岩体。     

煤岩破裂电磁辐射预测技术研究进展

目前电磁辐射法是预测煤与瓦斯突出、冲击地压等煤岩动力灾害的先进技术,能够实现非接触、无损、实时监测,但其准确性和高效性有待提高。通过对国内外专家学者研究的整理,以综述的形式,从电磁辐射研究对象、产生机理、频谱特性等几个方面对煤岩破碎电磁辐射预测技术的研究进展进行分析总结。分析讨论后发现电磁辐射法在产生机理、低频信号、频谱特性及影响因素定量化分析、实验室尺度与工程尺度下电磁辐射变化规律的相关性等方面依旧存在不足,并针对其不足提出电磁辐射技术未来的研究方向。