沖擊地壓電磁輻射前兆信息識別技術(shù)研究.pdf

1、沖擊地壓是由于巷道或工作面周圍煤巖體應力超過極限值，導致聚集的彈性能突然釋放而引發(fā)的動力現(xiàn)象。在我國，隨著煤礦開采深度的逐年增加，沖擊地壓已經(jīng)成為煤礦開采尤其是深部開采的主要災害，嚴重威脅礦山安全生產(chǎn)。
　　電磁輻射法是一種很有前途的非接觸式?jīng)_擊地壓監(jiān)測預警方法。煤礦井下存在大量由電氣設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾，而且煤巖電磁輻射又非常微弱，因此災害前兆信息識別中迫切需要解決的問題是：一是井下煤巖電磁輻射信息獲取不完整、實時性差；二是自動剔

2、除監(jiān)測數(shù)據(jù)中的電磁干擾信號并提高有效信號的信噪比；三是構(gòu)建針對電磁輻射數(shù)據(jù)特性的災害前兆信息識別模型。
　　為此，本文針對目前煤礦沖擊地壓監(jiān)測預警的研究及實際應用需求，以井下電磁輻射為研究對象，以災害前兆信息識別為目的，系統(tǒng)地進行了沖擊地壓電磁輻射前兆信息識別方法及其應用研究，主要研究內(nèi)容及取得的成果如下：
　?。?）針對煤礦井下環(huán)境對防爆要求高、現(xiàn)有監(jiān)測裝備無法全面、實時獲取煤巖電磁輻射信號，獲取的電磁輻射信息不能全面準確

3、反映煤巖動力演化過程的問題，研制了一套適用于煤礦井下環(huán)境的電磁輻射監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了井下多區(qū)域、多點煤巖電磁輻射波形數(shù)據(jù)的連續(xù)實時高速采集，同時該系統(tǒng)兼容井下常用通信網(wǎng)絡，地面監(jiān)控主機可以實時獲取井下電磁輻射數(shù)據(jù)，并且可以根據(jù)監(jiān)測需要遠程調(diào)整系統(tǒng)工作參數(shù)。
　　（2）針對煤礦井下電磁干擾信號與煤巖電磁輻射信號難以識別的問題，研究了井下電磁干擾信號的識別問題。為了盡量避免遺漏煤巖電磁輻射與井下電磁干擾之間的有效識別特征，分別從時域、頻

4、域和小波域獲取電磁輻射波形數(shù)據(jù)特征，構(gòu)成高維特征向量；針對高維特征空間上的“維數(shù)災難”及樣本間Lk-范數(shù)距離區(qū)分能力降低的問題，為獲取有效降維特征子集，提出一種廣義距離——融合距離Df和基于該距離的Df-Relief特征選擇算法；選取多組UCI（加州大學歐文分校）分類數(shù)據(jù)集，采用最小二乘Fisher分類器等多種識別算法驗證Df-Relief算法的有效性和魯棒性；應用Df-Relief算法對由電磁輻射高維特征向量構(gòu)成的特征集降維，實驗表明

5、在降維后的特征子集上，樸素貝葉斯等分類器能準確識別井下電磁干擾。
　?。?）研究了井下煤巖電磁輻射非線性降噪算法。提出基于總體經(jīng)驗模式分解的自適應組合形態(tài)濾波算法（EEMD-ACMF），通過模擬仿真信號驗證了算法對隨機噪聲和高斯噪聲的降噪效果，應用實測煤巖電磁輻射信號檢驗算法濾波性能，實驗結(jié)果表明EEMD-ACMF算法能有效提高電磁輻射信噪比。
　　（4）為確保所建前兆信息識別模型的可靠性和準確性，在建模前分別應用Kolmo

6、gorov-Smirnov假設(shè)檢驗、單位根檢驗和非參數(shù)化高階譜分析方法，檢驗了井下電磁輻射時間序列的非高斯性、非平穩(wěn)性和非線性，結(jié)果表明，井下電磁輻射序列具有一定的非高斯性、非平穩(wěn)性和非線性特征。
　?。?）建立了沖擊地壓電磁輻射前兆信息識別模型。針對井下電磁輻射時間序列存在的非高斯性、非平穩(wěn)性和非線性，以及由于負類數(shù)據(jù)（已發(fā)生沖擊地壓或者有沖擊地壓危險的電磁輻射數(shù)據(jù)）不足造成機器學習中的小樣本問題，采用支持向量機方法建立了災害前