基于Spark平台的微震信号鉴别方法

凿岩爆破是金属矿山开采过程中不可避免的环节,爆破扰动产生的微震信号会对岩体损伤微震信号的分析造成干扰。为了避免爆破扰动对微震监测的干扰,实现岩体损伤微震信号与爆破微震信号的快速鉴别,基于Spark平台的Fisher分类算法建立了微震信号智能识别算法,实现了岩体损伤和爆破事件的自动区分。经过测试,该算法鉴别信号的正确率稳定在83%左右,可大大减少对监测数据处理工作。此外将Spark平台与云端数据库建立的远程连接,成功实现了数据云端传输,为后矿山灾害实时监测及预警提供了技术保障。     

基于虚拟仪器技术实现震源信号特征提取和自动识别

为了提高矿山微震监测系统中爆破震动信号和岩体破裂信号的辨识度,减少人工识别的工作量,以某金属矿山微震监测系统定时爆破和人工识别方法建立的爆破震动信号和岩体破裂信号数据为分析对象,基于虚拟仪器LaBVIEW平台提供的高级信号处理工具包和支持向量机工具包,对两类信号进行三层小波包分解,提取小波包分解得到的最后一层各节点熵作为特征值组成特征向量,输入支持向量机分类区,对岩体破裂信号和爆破信号进行分类。实验结果表明,基于小波包节点熵的特征向量,结合支持向量机,能够很好的识别区分岩体破裂信号和爆破信号。     

微震事件波形分析与信号处理研究

某矿山露天转地下开采过程中,由于岩体受力发生变化导致微震事件发生,因而需要对岩体进行微震监测。结合微震事件发生在矿山开采环境过程中的特点,分析了微震信号典型波形以及开采环境引起的干扰波形特征,将微震监测接收到的波形进行滤波处理,并建立了各类波形数据库,准确识别并接收采集微震信号,将其应用到露天转地下矿山开采工程项目中,可为矿山开采生产安全运营提供保障。     

金川二矿区微震监测系统检测事件分类方法探讨

针对目前矿山微震监测中人工识别振动信号工作量大、效率低、准确性不高等问题,开展对振动事件的波形识别研究,对矿区岩体破裂、生产爆破、机械设备等振源信号进行事件识别、分析,并通过在金川集团二矿区建设长期、连续的微震监测系统来获取大量的实测数据进行检验,取得了有效的成果,对矿区现场事件分类和分析具有良好的指导意义。     

金川集团二矿区超深矿井地压分布规律研究

针对金川集团二矿区深井开采（采深超过1 000 m）地压显现较为明显的现状,在井下建立了深部地压在线微震监测系统,实现了对矿井地压活动的全天候连续监测分析,提取了金川集团二矿区深部开采产生的各种微震监测信号特征、识别模型和有效岩石破裂微震信号,得到了微震事件空间活动规律,揭示了深井开采地压分布规律,有效保障了矿山安全开采。     

基于微震监测的矿山开挖扰动岩体稳定性评价

基于已有的微震监测资料,借助有限元数值模拟手段,分析深部矿山开挖条件下围岩裂隙损伤演化机制,同时探寻微震监测数据与应力场变量之间对应关系。研究结果表明：微震监测系统可以有效的识别围岩微破裂孕育机制并圈定岩体潜在失稳区域;结合数值模拟与微震监测结果发现3363号矿房围岩出现潜在失稳主要是由于矿房上覆岩层内部存在高水压含水层,在高水压力和开采扰动作用下,含水层与采空区之间形成条形的应力集中带,诱发微破裂的萌生、扩展和贯通,最终产生潜在失稳区;微震监测数据（累积事件数、累积能量、累积应力降）与应力场变量存在很好的对应关系,根据微震监测数据的时空分布规律可以对高应力区域的转移进行描述,并验证定量分析不同区域的应力状态的可能。研究结果为揭示复杂地质条件下深部矿山开挖岩体失稳机制及微震活动规律提供依据,指导矿山现场短期或者长期开采工艺的选择。     

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。     

某深井矿山岩爆预测模式研究

针对某深井矿山的微震监测信息,采用地震学原理进行震源参数量化计算,结合现场岩爆记录,对井下地压活动与微震参数时空变化的响应规律进行了研究.结果表明:一定时间域内微震参数的空间变化反映了岩体的应力分布状态,可做为岩爆危险区识别的依据;一定空间域内微震参数的时间变化与岩体破裂过程紧密相关,震源参数随时间突增、骤减等异常变化表征岩体不同的变形阶段.基于研究结果,提出以应变硬化结束应变软化开始的时间点作为岩爆预警点,构建了该矿岩爆预测的一般模式,实际应用效果较好,为类似矿山的岩爆预测提供了借鉴意义.     

会泽铅锌矿微震监测系统的构建及其应用

深井矿山开采过程中,地压活动频发。为有效掌控井下各类生产等诱发的地压活动时空分布情况,为研究岩体破坏震源及其附属的辐射能、地震级别、震源半径等参数及其蕴含的矿山工程岩体破坏机理,在深井矿山构建微震监测系统极为必要。以会泽铅锌矿微震监测系统的构建为工程背景,本文主要介绍微震监测系统的构建过程以及系统建成初期的实验性应用：分别以局部区域短时间内的生产活动和长周期内时序性地压活动为研究分析对象,综合对微震监测系统构建之后的实际作用效果进行分析并相互验证。通过现场调查与监测系统的数据分析,表明：微震监测系统能够精准反映矿山现场的各开采开拓活动;对监测地压活动的实时变化状态十分有效且更有助于分析变化趋势。     

基于台网布置动态修正和岩体波速动态计算的微震监测方法研究

针对矿山开采不同阶段因岩体空间结构、应力分布、各向异性等变化引起微震监测误差,本文提出了一种基于台网布置动态修正和岩体波速动态计算的矿用微震监测方法,采用动态计算岩体波速,弥补矿山采掘过程中岩体参数变化引起的波速误差,利用动态修正台网布置和岩体波速,实现高风险源的针对性监测,从而进一步提高微震监测及分析的准确性。     

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。     

基于频域滤波的矿山微震信号分离方法研究

在金属矿山实际生产过程中,矿震信号受到设备机械及开采作业影响成分复杂,矿山普遍面临着微震信号难以识别、提取困难等实际应用问题。本文通过对实际采集信号进行频谱特征分析,能够识别到有效谱峰,并进行频域滤波,从而分离得到多源信号分量;并以微震和爆破两种典型信号为例,介绍了频谱特征分析、滤波分解以及边带信号的加窗压制等处理计算方法。本信号分离方法能够为分析多源复杂信号提供了一个新思路,并且对实现多源分离提供了有效的技术手段;该方法应用于金属矿山的微震安全监测,可以为矿震信号的分类识别、信号特征样本库的建立、信号触发到时的合理性评估提供可靠数据和分析方法支持,同时也有利于提高微震事件识别的准确性。     

矿山微震监测数据应用与研究

随着采深增大,某矿山地压问题逐渐凸显,开采中出现顶板冒落、矿柱片帮等岩体动力灾害,同时存在周边矿山越界开采活动,不明采掘作业影响矿岩结构系统稳定性。为此矿山建立了一套微震监测系统,通过数据处理辨别并定位微震与爆破事件。以某时段监测数据为基础,总结了岩体破裂活动时空活动规律,分析了采区围岩的应力分布特征,掌握了越界开采作业时间与位置,本监测分析方法可在今后矿山地压管控中应用与推广。     

基于变分模态分解和粒子群算法的微震信号降噪方法

为从含噪微震信号中提取有效信息, 并准确识别岩体破裂信号和爆破振动信号, 提出了基于粒子群算法和小波阈值去噪的改进变分模态分解方法。该方法利用粒子群算法实现模态数量和惩罚因子的最优取值, 以最优参数对微震信号进行变分模态分解, 再对由高频噪声主导的模态分量进行小波阈值去噪, 将去噪后的高频信号分量与原先的低频信号分量进行重构, 实现信号降噪。经验证, 该方法相比集合经验模态分解和单纯的变分模态分解方法具有更好的降噪效果。以该方法对200组岩体破裂信号和200组爆破振动信号进行去噪, 以第一模态分量能量占比50%作为区分爆破振动信号和岩体破裂信号的依据, 识别成功率达到97.25%, 证实了此识别方法的准确性。     

亚克斯铜镍矿复杂采空区稳定性规律研究

亚克斯铜镍矿开采过程中形成的复杂采空区失稳,将严重制约后续资源安全开采。在充分结合矿山地质和开采条件下,通过优化微震监测系统台网,建立一套适合亚克斯铜镍矿的微震监测系统,并基于空区岩体破裂的微震参数信息(微震时空强、累计视体积和能量指数时间分布特征、基于微震事件的应力动力灾害分析等),综合对开采过程中的空区稳定性进行监测,进而为后续空区大范围失稳隐患治理和管控提供坚实基础。     

金川二矿区微震监测区域多参数权重预警模型与对策分析

金川二矿区进入深部开采,采准工程频发冒顶片帮、底鼓、蠕变变形破坏等强烈的地压显现现象,通过现场调研,应用微震监测技术在1150～850 m建立了一套40通道的全数字型微震监测系统,应用波形特征、频谱特征及声音还原识别技术,对典型爆破、噪音和微震事件进行分类研究,遴选出的微震事件数据经过处理和时序多参数分析与统计,以此为依据建立了微震监测区域多参数权重预警模型与对策,实现了二矿区深部安全高效开采.     

基于虚拟仪器的微震实时监测系统

煤矿中发生的岩爆、煤和瓦斯突出等地质灾害与岩体中的微震现象有着必然的联系,通过监测地下微震信号可以确定地下岩石破裂的范围和程度,为矿山的地下安全监测提供有力的证据。以往基于DSP或其他单片机的微震系统,其资源的有限性很难达到理想的采集效果,并且难以完成先进算法的实现;而本系统实现了对多路微震信号采集及先进的小波变换处理算法,充分发挥了虚拟仪器的优势。该系统的监测结果与实际矿震十分吻合,得到的定位结果小于规定的误差上限,很好地完成了对微震的实时监测及分析。     

基于微震参数的岩体破裂失稳预警技术研究

随着矿山开采深度不断加大,地压活动日趋增多,在岩体破坏前及时进行预警对保障人员安全尤为重要。以某金属矿山微震监测为例,分析微震b值参数演化特征,并提出表征岩体内部受损程度的EV值,分析其演化特征,分析认为微震参数较好地反映了岩体稳定性。针对某次顶板大范围冒落事故,分析得出微震b值较大幅度下降可作为岩体破坏前兆信息,同时伴随着微震事件数量减少的现象,EV值下降程度最大阶段同样可作为岩体冒落预警期。研究结果可为类似矿山微震监测预警提供参考。     

微震监测技术在大直径超深井筒施工中的应用

某铁矿副井深度超过1 300 m,高地应力给竖井施工带来较大的地压灾害风险。为了掌握井筒深部岩体开挖后破坏程度,进行了微震监测。通过在竖井马头门布置微震监测系统,获取井下微震信号并进行识别与分析,提取了岩体破坏产生的地震波,爆破、矿石移动和机车运动等产生的振动信号,对各类信号的特征与类别进行了分析;获得微震定位、微震事件时间分布及震级相关参数。研究表明：凿井期间在马头门布置微震监测系统对井筒的围岩破坏情况进行实时监测具有可行性;爆破震动是诱发微震活动的主要因素,优化爆破参数、减小爆破震动对围岩的扰动和破坏非常必要;井筒深部岩体微震事件主要分布在开挖体周围2 m左右深度的围岩内,工程震级最大为1.05,井壁围岩稳定,发生失稳风险小。