毕业设计（论文）-矿山微震信号的自动识别.doc

中文题目 ：矿山微震信号的自动识别 副 标 题： 外文题目：AUTOMATIC DISCERNMENT OF MINE MICROSEISM SIGNAL 毕业设计（论文）共 页（其中：外文文献及译文页） 图纸共 张 完成日期 20年月 答辩日期 20年月 II I 摘要 目前，随着我国大部分矿井进入深部开采，矿震灾害将日益严重，因此必须对矿震 预测预报做进一步研究。 本文对国内外矿井矿震的发生历史及现状、矿震的预测防治技术进行了综合阐述， 对矿山微震发生及其形成机理进行了分类和研究；论证了由矿震破坏产生的微震信号 P 波、S 波的形成及速度和运动状态；介绍了微震信号的几种干扰因素；在对水平摆、 垂直摆和其它摆的工作原理进行说明的基础上，对微震信号的拾取技术也做了简单的介 绍。结合北京木城涧矿区的地质地形特征，对微震信号拾取系统进行设计，形成了一套 微震信号自动识别系统，系统对监测网络的布置以及站台的组成进行了分析，最后对所 设计的系统进行了分析与调试。 矿山微震信号自动识别系统可以对由矿震所引发的微震信号进行拾取并分析 P 波、S 波及干扰信号，确定信号到时及振幅、能量等微震属性，为预测和防治矿震灾害提供了 必要参数。 关键词：矿震；矿震波；信号拾取；识别 II Abstract With the deep exploitation of most mines in our country, mining tremor becomes very serious. Thus the prediction of mining tremor must be studied further. History and current situation of mining tremor was described .The prediction of mining tremor and prevention technology was formulated. The occurrence and formation mechanism of mining tremor was studied and classified. The formulation of P wave and S wave、velocity and motion status were simply demonstrated. Several kinds of interference factors were introduced. On the basis of operation principle about the level putting、vertical putting and other putting, the signal pick-up was introduced and the signal pick-up system was designed. Combination with the geological features of terrain of the ravine mining area of wooden city in Beijing, a set of slight shock automatic recognition system was designed. The composition of monitoring decorating and platform of the network was analyzed. In the end the designed system was debugged. The microseism signal automatic recognition system can pick up and analysis P wave 、S wave and the interfering signal in the microseism signal caused by the mining tremor, determine the time of signal arrival and amplitude, energy etc. And this will offer the essential parameter for predicting and preventing the calamity of mining tremor. Key words: mining tremor; microseism signal; seismic wave; signal pick-up; automatic recognition I 目录 前言前言1 1 1 矿震矿震2 1.1 矿山微震2 1.1.1 矿山微震的定义2 1.1.2 矿山微震的特点2 1.2 矿震的分类2 2 2 矿山微震信号及其干扰因素矿山微震信号及其干扰因素3 2.1 微震信号3 2.1.1 矿山微震信号的形成3 结论结论5 致谢致谢6 参考文献参考文献7 附录附录 A8 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 1 前言前言 矿震是一种极为复杂的动力失稳现象，迄今为止，人们对其形成机理还无统一的认 识。在煤矿，矿震又称冲击地压，是指矿井高应力区内煤体、岩体及断层在受外界扰动 瞬间失稳破坏时，释放出很大能量而引起的以猛烈震动和爆发式破坏为特征的矿山动力 现象1。矿震是采矿诱发的矿井地震，是矿井的一大自然灾害。矿震发生时，煤、岩体 内所积聚的能量大多数以动能的形式向外释放，造成煤岩体急剧破坏；部分能量以应力 波的形式释放，引起介质的震动。其主要表现在地下工程开挖过程中硬脆性围岩产生爆 裂松脱、剥落、弹射甚至抛掷现象的一种动力失稳地质灾害。它直接威胁施工人员及 设备的安全，影响工程进度，已成为世界性的地下工程难题之一。矿震破坏巷道、工作 面，造成顶板下沉、底板鼓起，颠覆生产设备、破坏支架、引起瓦斯涌出等，并造成人 员伤亡。由于矿震震源浅，造成震中烈度高于同级天然地震烈度，应力波传到地面后对 地面建筑物也构成损害，因此对地面构筑物的影响也日益引起人们的关注2。 张从： 矿山微震信号的自动识别 2 1 1 矿震矿震 本章重点在于对矿山微震的基本特征进行分析，研究其特点及发生条件并按不同分 类方法对其进行分类，进一步研究微震发生的机理，进一步说明煤岩体破坏的原因和规 律，最后分析微震的危害与监测手段。 1.1 矿山微震 1.1.1 矿山微震的定义 矿山微震又称矿震，是井巷或工作面周围的煤岩体，由于弹性变形能的瞬间释放而 产生的一种突然、剧烈破坏的动力现象，是矿山压力的一种特殊显现形式6。简单地说， 矿山微震就是井下煤岩体突然的、爆炸式的破坏。矿山微震发生时经常伴随有巨大的声 响和剧烈的震动，因此人们又称它为“煤炮” 、 “煤爆” 、 “岩爆”等9。 1.1.2 矿山微震的特点 1）一般没有明显的宏观前兆。难于事先准确确定发生的时间、地点和强度。 2）发生过程短暂。如放炮一样，有巨大的声响和强烈的震动，可使电机车等重型设 备被移动，人员被弹起摔倒，震动波及范围可达几公里至几十公里。地面有震动感觉。 1.2 矿震的分类 矿山微震是一种复杂的矿山动力现象。其生成环境、发生地点、宏观和微观上的显 现形态多种多样，以及它的显现强度和所造成的破坏程度相差很大。有的矿震影响范围 仅几平方米或几十平方米，有的波及范围却很广，达几千平方米；有的矿震测得的地震 能量不足 10J，仅相当于地震 1 级一下，有的则高达 107J 以上，相当于地震 3.9 级；有的 震动波衰减很快，仅能传播 10002000m。即使同一矿井，由于地质构造、开采条件和开 : 采方法的差异，也使得矿震的成因、性质、特征、震源部位和破坏程度不同。综上所述， 矿震存在不同种类，不能用同一机理去解释不同矿震的成因和现象。更不能用单一方法 或措施去预测和防治矿震。因此要对矿震进行分类，并且出现了多种分类方法12。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 3 2 2 矿山微震信号及其干扰因素矿山微震信号及其干扰因素 本章将在前一章研究矿震的基础上，进一步研究矿山微震信号的形成及其运动状态， 并对矿震波的性质进行初探，简单介绍波动方程，建立 P 波、S 波的速度方程，进而对矿 山微震信号的干扰因素做简单的介绍。 2.1 微震信号 2.1.1 矿山微震信号的形成 由于震源力的作用，在震源弹性介质区域里，岩石发生形变，介质产生振动，在震 源周围的广阔区域里形成振动，这种振动向外传播的过程形成震波。 表 2-6 五龙区长焰煤媒质特征表 Tab.2-6 Table of Wulong district long flame coal quality features 指标 水分 W/% 灰分 A/% 挥发分 V/% 硫 S/% 磷 P/% y C /% 发热量 1 gJ 原煤7.7719.7840.132280.02779.722.48 精煤40.117.9140.111.460.01279.724.67 回风巷 进风巷 图 2-1 采前预抽方式 Fig.2-1 The diagram of mining seamsmethane pre-drainage （2-1） 2,2 2,2 2,2 xxyzyz yyxzxz zzxyxy 张从： 矿山微震信号的自动识别 4 结论结论 我国目前是矿震灾害最为严重的国家之一，我国未来矿震灾害形势也将更加严峻， 发展矿山微震预测防治技术，解决我国矿震灾害预防问题是我们的当务之急。 本文根据矿井发生地质灾害是由于岩石破裂会伴随产生强度较弱的地震波这一特点， 结合北京木城涧矿区的实际地质地形特征开发设计了一套对井下微地震进行实时监测的 智能系统。该系统基本实现了实验室数据采集功能及对矿山微震信号的实时监控，借助 于软件对信号进行过滤分析，提取微震信号，并进一步计算推导出微震信号的到时、振 幅、频率等固有属性，以确定矿震级别，灾害程度，使矿震特征实时反映在工作人员面 前，较好地起到防治作用。 本系统还存在不足之处。一是由于 VB 语言编程的复杂，本人掌握的还不够熟练；二 是对微震信号特征认识不足，编程时会考虑不周，造成程序实际运行速度减慢，通信实 时性稍差。另一方面，系统对井下防爆方面还未探讨，这些都需要进一步研究和进一步 实践来解决。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 5 致谢致谢 本设计在导师李普的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择、方案论证 到具体设计和调试，无不凝聚着李普导师的心血和汗水，在四年的本科学习和生活期间， 也始终感受着导师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。在此向导师表示深深的感谢 和崇高的敬意。 本设计的完成也凝聚了基础部张丛一老师的辛勤汗水，是他无私的帮助和支持， 才使我的毕业论文工作顺利完成，在此向张老师表示由衷的谢意。在论文的完成过程当 中，同时得到了宁规载、高友录的热情帮助，一并表示深深地感谢! 张从： 矿山微震信号的自动识别 6 参考文献参考文献 1 夏小华,高为柄,程勉,(等).非线性控制系统M.第 2 版.北京:科学出版社,2004. 2 D. Dubois and H. Prade. Fuzzy Sets and Systems: Theory and Applications M.New York: Academic Press, 2002. 3 蔡幸生.非线性控制系统的发展J.自动化学报,2003,17(4):513523. 4 L. A. Zadeh. The concept of a linguistic variable and its application to approximate reasoning, Part J.Information Sciences, 2000,(8):199-202. 5 Fox R L.不等式约束的连杆曲线最优化设计A.见:机构学译文集编写组.机构学译文集C.北京:机 械工业出版社,2005.232242. 6 Precott-Allen. The Barometer of Sustainability: a method of assessing progress towards sustainable societies A. Gland, Switzerland and Victoria, B