小波变换在矿震信号滤波和识别的应用研究

论文摘要

矿震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,是矿井的一大自然灾害。矿震一旦发生就有可能影响生产,甚至造成财产损失和人员伤亡,随着时间的推移,许多矿井将进入深部开采,矿震发生的数量将出现进一步上升的趋势,其灾害性也将日趋严重。而对其的发生进行预测则非常重要,微震检测是其一种预测方法,对其检测到的信号进行分析就变得非常重要。矿震信号的特征决定于震源性质、所经岩体性质及监测点到震源的距离等。信号是随机的、非平稳性的,信号波形不同,能量悬殊较大。在接受矿震信号的过程中,干扰信号与矿震信号混杂在一起不易分开,这给后期的数据处理和分析带来很多不便。本文对矿震的发生机理及预测方法进行了阐述,将矿震按不同的原则进行了分类,在理论上研究了矿震的形成机理,重点分析了煤体压缩型、顶板断裂型和断层错动型三类矿震的形成机理以及矿震发生的统一失稳理论,并介绍了矿震的一些预测方法,本文采用矿震检测定位系统接收矿震信号。然后介绍了小波变换的基本理论,在小波分析的基础上,针对矿山微震信号波形的特点,提出了利用小波变换对矿震信号进行去噪处理和震相分析的方法。根据对实际矿震信号分析表明,小波变换方法能够有效去除矿震异常信号的噪声,可应用于矿震信号的预处理,使用小波变换可以进行P波和S波到时的自动识别。为具体工程实践中可能遇到处理较为复杂的矿震信号提供了理论依据和实现依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 矿震
• 1.2.2 矿震监测
• 1.2.3 矿震信号滤波和识别
• 1.3 研究内容
• 2 矿震的研究
• 2.1 矿震分类研究
• 2.1.1 煤体压缩型矿震
• 2.1.2 顶板断裂型矿震
• 2.1.3 断层错动型矿震
• 2.2 矿震发生机理
• 2.2.1 煤体压缩型矿震的发生机理
• 2.2.2 顶板断裂型矿震发生机理
• 2.2.3 断层错动型矿震发生机理
• 2.2.4 矿震发生的统一失稳理论
• 2.3 矿震预测方法
• 2.3.1 静态法
• 2.3.2 动态法
• 2.4 本章小结
• 3 小波变换
• 3.1 傅立叶变换与短时傅立叶变换
• 3.1.1 傅立叶变换
• 3.1.2 短时傅立叶变换
• 3.2 小波变换
• 3.2.1 小波函数的定义
• 3.2.2 连续小波变换
• 3.2.3 离散小波变换
• 3.3 小波分解与重构
• 3.3.1 多分辨分析
• 3.3.2 小波分解与重构
• 3.4 小波包
• 3.4.1 小波包的定义
• 3.4.2 小波包的性质
• 3.4.3 小波包的子空间分解
• 3.4.4 小波包的分解与重构
• 3.5 理想的小波特性及常用的小波函数
• 3.5.1 理想的小波特性
• 3.5.2 常用小波函数及其特性
• 4 矿震信号的小波滤波方法研究
• 4.1 矿震波的传播规律
• 4.1.1 矿震波的基础知识
• 4.1.1.1 波的形成
• 4.1.1.2 矿震波的定义
• 4.1.2 矿震波的分类
• 4.1.3 矿震波的传播规律
• 4.2 矿震信号的干扰因素
• 4.2.1 脉动
• 4.2.2 矿车振动
• 4.2.3 爆破
• 4.2.4 脉冲
• 4.3 小波滤波方法研究
• 4.3.1 小波滤波的基本原理
• 4.3.2 小波去噪的步骤
• 4.3.3 噪声在小波分解下的特性
• 4.3.4 一维小波分析对平稳信号的去噪
• 4.3.5 一维小波分析对非平稳信号的去噪
• 4.3.6 阈值原则
• 4.3.7 硬阈值法和软阈值法
• 4.3.8 小波去噪实例分析
• 4.4 矿震信号的小波滤波
• 4.5 本章小结
• 5 矿震信号的识别和处理
• 5.1 矿震信号
• 5.1.1 矿震波的组成和特征
• 5.1.2 小波变换与震相
• 5.2 常用的震相识别方法
• 5.2.1 时域方法
• 5.2.2 频域方法
• 5.3 矿震震相识别的小波方法
• 5.4 实际矿震信号震相识别的应用分析
• 5.5 本章小结
• 6 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间已发表的学术论文及科研成果