沖擊地壓電磁輻射前兆信息識(shí)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(yīng)力超過極限值，導(dǎo)致聚集的彈性能突然釋放而引發(fā)的動(dòng)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(zāi)害，嚴(yán)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(cè)預(yù)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(zāi)害前兆信息識(shí)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(shí)時(shí)性差；二是自動(dòng)剔

2、除監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中的電磁干擾信號(hào)并提高有效信號(hào)的信噪比；三是構(gòu)建針對(duì)電磁輻射數(shù)據(jù)特性的災(zāi)害前兆信息識(shí)別模型。
　　為此，本文針對(duì)目前煤礦沖擊地壓監(jiān)測(cè)預(yù)警的研究及實(shí)際應(yīng)用需求，以井下電磁輻射為研究對(duì)象，以災(zāi)害前兆信息識(shí)別為目的，系統(tǒng)地進(jìn)行了沖擊地壓電磁輻射前兆信息識(shí)別方法及其應(yīng)用研究，主要研究內(nèi)容及取得的成果如下：
　　（1）針對(duì)煤礦井下環(huán)境對(duì)防爆要求高、現(xiàn)有監(jiān)測(cè)裝備無法全面、實(shí)時(shí)獲取煤巖電磁輻射信號(hào)，獲取的電磁輻射信息不能全面準(zhǔn)確

3、反映煤巖動(dòng)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(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了井下多區(qū)域、多點(diǎn)煤巖電磁輻射波形數(shù)據(jù)的連續(xù)實(shí)時(shí)高速采集，同時(shí)該系統(tǒng)兼容井下常用通信網(wǎng)絡(luò)，地面監(jiān)控主機(jī)可以實(shí)時(shí)獲取井下電磁輻射數(shù)據(jù)，并且可以根據(jù)監(jiān)測(cè)需要遠(yuǎn)程調(diào)整系統(tǒng)工作參數(shù)。
　?。?）針對(duì)煤礦井下電磁干擾信號(hào)與煤巖電磁輻射信號(hào)難以識(shí)別的問題，研究了井下電磁干擾信號(hào)的識(shí)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(shí)別特征，分別從時(shí)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(duì)高維特征空間上的“維數(shù)災(zāi)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(xué)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(shí)別算法驗(yàn)證Df-Relief算法的有效性和魯棒性；應(yīng)用Df-Relief算法對(duì)由電磁輻射高維特征向量構(gòu)成的特征集降維，實(shí)驗(yàn)表明

5、在降維后的特征子集上，樸素貝葉斯等分類器能準(zhǔn)確識(shí)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(yàn)?zāi)Ｊ椒纸獾淖赃m應(yīng)組合形態(tài)濾波算法（EEMD-ACMF），通過模擬仿真信號(hào)驗(yàn)證了算法對(duì)隨機(jī)噪聲和高斯噪聲的降噪效果，應(yīng)用實(shí)測(cè)煤巖電磁輻射信號(hào)檢驗(yàn)算法濾波性能，實(shí)驗(yàn)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(shí)別模型的可靠性和準(zhǔn)確性，在建模前分別應(yīng)用Kolmo

6、gorov-Smirnov假設(shè)檢驗(yàn)、單位根檢驗(yàn)和非參數(shù)化高階譜分析方法，檢驗(yàn)了井下電磁輻射時(shí)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。
　　（5）建立了沖擊地壓電磁輻射前兆信息識(shí)別模型。針對(duì)井下電磁輻射時(shí)間序列存在的非高斯性、非平穩(wěn)性和非線性，以及由于負(fù)類數(shù)據(jù)（已發(fā)生沖擊地壓或者有沖擊地壓危險(xiǎn)的電磁輻射數(shù)據(jù)）不足造成機(jī)器學(xué)習(xí)中的小樣本問題，采用支持向量機(jī)方法建立了災(zāi)害前