煤矿灾害漂移特征的反走样及实时预警方法研究

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煤炭资源在工业生产中起着重要的作用,近年来,各行各业对煤炭资源的需求与日俱增,煤矿开采的深度与强度也随之增大,冲击地压出现的频率越来越高。冲击地压发生时,井下巷道或采掘工作面可以被瞬间摧毁,高瓦斯矿井发生冲击低压,还会造成瓦斯突出、瓦斯爆炸等群伤群亡的次生灾害。因此,如何安全有效的监测判识冲击地压,一直是煤矿微震监测技术领域专家的研究热点。目前对煤矿灾害数据的收集和存储工作大多是利用在矿山周围设置的传感器基站进行的,煤矿微震信号在研究震动特征、衰减规律、灾害评估方面起着至关重要的作用。但由于受到地质构造、能量损耗等因素影响,同一种类灾害的微震波信号在时间域上传播会出现减缓或加剧等数据漂移现象,导致感知灾害波形发生拉伸或压缩,进而影响冲击地压预警的准确性。因此,本文针对煤矿灾害特征的反走样及实时预警方法展开研究。首先,针对灾害感知数据在传播过程中的数据漂移问题,提出煤矿灾害漂移特征反走样处理方法,通过引入音频识别领域中的动态时间规整算法(DTW)对实时微震感知数据进行反走样处理,将实时微震感知数据与历史灾害数据模板波形进行相似性拟合,识别是否为灾害信号;并就煤矿灾害发生的不确定性问题,在判断感知数据是否为灾害信号,进行相似性拟合的过程中,为确定感知数据与灾害模板波形匹配的起始点,实现实时匹配,提出一种可变滑动窗口策略实现波形的对齐,通过感知窗口渐进滑动的方式找出感知灾害波与模板波的起始对齐位置,并不断调整窗口大小实现确定灾害持续时间,进而保证信号对比的准确性。其次,由于煤矿灾害具有突发性、瞬时性等特点,为了提高预警的实时性,本文基于窗口匹配策略及煤矿灾害波形的特点,提出煤矿灾害实时预警机制,首先通过分段累积近似法对感知数据进行特征提取,缩小计算量,然后,基于分级预警机制,将对比波形分段对比,以1/N窗口大小作为预警阈值,逐步提高预警级别,实现短时间内监测灾害信息。最后,针对本文所提出的煤矿灾害判定方法进行实验分析,通过分别设置不同大小的窗口滑动值和窗口变化值等进行实验验证,并通过将全窗口预警与1/N窗口预警进行对比来验证本文所提出的预警方法的效率,实验表明,本文提出的预警方法具有更高的准确性和实时性。
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