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矿山微震信号多层联合降噪研究

有色金属（矿山部分） 2024年第4期76卷 92-101页

作者：唐飞刘志文云南铜业股份有限公司昆明650000

目的:矿山工作环境复杂,干扰噪声多,微震信号和噪声混叠在一起,对微震信号分析产生干扰,影响后续震相到时拾取与震源定位的工作,需对微震信号进行降噪研究。方法:针对微震信号的随机性和非平稳性,本文提出了一种基于多层联合的信号降噪... 详细信息

目的:矿山工作环境复杂,干扰噪声多,微震信号和噪声混叠在一起,对微震信号分析产生干扰,影响后续震相到时拾取与震源定位的工作,需对微震信号进行降噪研究。方法:针对微震信号的随机性和非平稳性,本文提出了一种基于多层联合的信号降噪方法,将SVD(奇异值分解)作为第一层降噪方法,去除信号中的白噪声;EMD(经验模态分解)作为第二层降噪方法,处理随机、非平稳的微震信号;小波阈值作为第三层降噪方法,消除EMD产生的模态混叠现象。结果:经过实验分析表明本文方法对不同信噪比的仿真信号和实际微震信号都有很好的降噪效果。结论:克服了单一降噪方法降噪效果不好的缺点,能极大提高信号信噪比,并且和原信号的相似度高,为微震信号降噪提供了一种新思路。

关键词：微震信号 SVD EMD 小波阈值法降噪方法

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掘进工作面微震信号传播技术参量特征研究

山东煤炭科技 2024年第4期42卷 76-81页

作者：刘文文山西西山煤电股份有限公司马兰矿山西太原030200

西山煤电马兰矿为煤与瓦斯突出矿井,针对煤与瓦斯突出危险区域的高应力分布特征以及以瓦斯参数为主的突出预测预警手段的局限性,开展微震信号传播范围及波形参数分布特征研究,采用微震监测实现采掘工作面前方应力分布和煤体损伤状态的... 详细信息

西山煤电马兰矿为煤与瓦斯突出矿井,针对煤与瓦斯突出危险区域的高应力分布特征以及以瓦斯参数为主的突出预测预警手段的局限性,开展微震信号传播范围及波形参数分布特征研究,采用微震监测实现采掘工作面前方应力分布和煤体损伤状态的实时监测。现场监测数据表明:煤巷掘进过程中微震信号的有效传播范围可以达到67m,为实现微震信号的有效监测,并减少预警系统的日常维护,必须确保每周至少移动2次传感器的位置,且时间间隔尽量保证在3 d以内;微震信号的波形振幅、上升时间和持续时间等时域参量主要集中在低值区间,其频次曲线呈现出先急剧增大后迅速减小并趋于零的卡方分布特征,而峰值频率主要分布在数量有限的离散频点上,时频域参量分布特征为微震传感器的选型和噪声滤除提供了技术支撑和判断依据。

关键词：微震信号传播范围时域参量频域参量分布特征

黄沙矿区复杂生产环境下的多通道微震信号辨识分析

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湖南有色金属 2024年第4期40卷 80-84页

作者：刘家胜钟晓阳方鑫曾贵庭温辉少李庶林熊璐伟卢贤锥江西铁山垅钨业有限公司江西赣州342307 厦门大学福建厦门361005 自然资源部丘陵山地地质灾害防治重点实验室福建福州350002 福建省地质工程勘察院福建福州350002

文章介绍了铁山垅钨业有限公司黄沙矿区井下的各种震源,在广泛现场监测的基础上通过震相分析对地下各种信号如爆破、机械作业设备、人员作业、岩体破裂等产生的震源信号进行了辨识,给出了各种震源波形的基本特点;同时,在理论上采用傅里... 详细信息

文章介绍了铁山垅钨业有限公司黄沙矿区井下的各种震源,在广泛现场监测的基础上通过震相分析对地下各种信号如爆破、机械作业设备、人员作业、岩体破裂等产生的震源信号进行了辨识,给出了各种震源波形的基本特点;同时,在理论上采用傅里叶变换辨识方法进一步对受干扰信号的波形进行了分析,说明了采用该方法可以更好地排除噪音信号的干扰,提取有用信号、正确选取信号初到时刻。本文介绍的信号辨识方法简便易行,而且基本可以满足矿山日常监测中对岩体破裂微震信号的提取需要。

关键词：微震信号震相 FFT变换

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微震信号FIR–小波联合滤波算法及应用

岩石力学与工程学报 2020年第9期39卷 1872-1882页

作者：朱新豪陈炳瑞李涛魏凡博王旭中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049

固定频率干扰和背景噪声是严重影响深部岩石工程岩爆灾害微震监测与预警的难题。为解决这一难题,充分利用经典FIR(finite impulse response)带阻滤波器擅于处理固定频率噪声信号的优势,对干扰进行滤除;针对小波阈值去噪方法存在的不足,... 详细信息

固定频率干扰和背景噪声是严重影响深部岩石工程岩爆灾害微震监测与预警的难题。为解决这一难题,充分利用经典FIR(finite impulse response)带阻滤波器擅于处理固定频率噪声信号的优势,对干扰进行滤除;针对小波阈值去噪方法存在的不足,提出无偏估计小波阈值去噪方法,解决了小波阈值去噪方法滤除噪声时阈值难以准确确定的难题;对FIR带阻滤波器及提出的无偏估计小波阈值去噪方法进行有机融合,提出微震信号FIR–小波联合滤波算法,并研发了FIR–小波联合滤波模块。利用加噪后的合成正弦信号和微震信号对提出的算法进行验证,结果表明不同信噪比条件下,提出的算法具有较好的滤波效果,且具有良好的鲁棒性。巴基斯坦NJ水电站引水隧洞TBM施工过程中,强环境噪声干扰条件下应用结果表明:提出的算法提高了P波拾取的精度和岩石破裂信号的定位精度,为岩爆的预警与防治提供有力支撑,具有重要的理论与实际意义。

关键词：岩石力学微震信号滤波 FIR滤波器小波阈值去噪阈值估计无偏估计

基于RST-NMF模型的微震信号时频分析和识别

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振动与冲击 2019年第17期38卷 1-7页

作者：张法全王海飞王国富叶金才桂林电子科技大学信息与通信学院桂林541004 广西无线宽带和信号处理重点实验室桂林541004

针对微震信号难以精确识别的问题,提出一种基于RST-NMF微震信号时频分析和分类方法。首先对微震信号进行S变换得到时频矩阵,然后在频率方向上进行重排,再借助非负矩阵分解技术得到时、频域的分解向量,从中提取宏观、微观统计量构造信号... 详细信息

针对微震信号难以精确识别的问题,提出一种基于RST-NMF微震信号时频分析和分类方法。首先对微震信号进行S变换得到时频矩阵,然后在频率方向上进行重排,再借助非负矩阵分解技术得到时、频域的分解向量,从中提取宏观、微观统计量构造信号的特征空间,最后采用SVM进行分类。在三道沟井田的试验结果表明,RST时频分析方法对频域分散的能量团有很好的聚集性,时频矩阵经NMF分解最大程度上获取微震信号的局部特征和内在联系,提取分解向量的宏观和微观统计量保证了信号特征空间的完备性,有效地避免了分类时过拟合的发生,分类准确率达到了94%。

关键词：微震信号 RST NMF SVM

利用经验模态分解及小波变换压制微震信号中的随机噪声

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煤炭学报 2018年第11期43卷 3247-3256页

作者：宫月贾瑞生卢新明彭延军赵卫东张杏莉山东科技大学计算机科学与工程学院山东青岛266590 山东科技大学山东省智慧矿山信息技术省级重点实验室山东青岛266590

随机噪声的压制是微震信号分析过程中的重要环节,目前大多数降噪技术都不同程度的存在去噪效果差、易损伤有效信号等问题。针对微震信号的随机非平稳特征,提出一种联合经验模态分解(EMD)及小波阈值的降噪方法,压制微震信号中的随机噪声... 详细信息

随机噪声的压制是微震信号分析过程中的重要环节,目前大多数降噪技术都不同程度的存在去噪效果差、易损伤有效信号等问题。针对微震信号的随机非平稳特征,提出一种联合经验模态分解(EMD)及小波阈值的降噪方法,压制微震信号中的随机噪声。该法首先使用EMD对微震信号进行自适应分解,得到有限个本征模态函数(IMF)。考虑到随机噪声主要集中在高频IMF分量中,基于噪声能量突变原则找出低频IMF分量与高频IMF分量的分界后,利用小波阈值方法对高频IMF进行降噪处理,最后将降噪后的高频IMF分量与剩余的低频IMF分量重构即可实现微震信号降噪。仿真分析及实验结果表明,该方法能充分保留微震信号的随机非平稳特征,较对比方法具有更好的降噪效果。

关键词：微震信号降噪技术经验模态分解小波阈值

煤柱型冲击地压微震信号分布特征及前兆信息判别

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岩石力学与工程学报 2012年第1期31卷 80-85页

作者：袁瑞甫李化敏李怀珍河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000

利用微震监测系统,采集平煤十一矿3次煤柱型冲击地压发生前后的微震信号,分析3次冲击地压期间微震信号的时序特征,并利用FFT方法、分形几何原理研究微震信号的频谱特征和分布变化规律。得到如下结论:(1)煤柱形冲击地压发生前均有一段明... 详细信息

利用微震监测系统,采集平煤十一矿3次煤柱型冲击地压发生前后的微震信号,分析3次冲击地压期间微震信号的时序特征,并利用FFT方法、分形几何原理研究微震信号的频谱特征和分布变化规律。得到如下结论:(1)煤柱形冲击地压发生前均有一段明显的微震活跃期,表明围岩系统正与外界交换能量,围岩结构处于非稳态的调整期,冲击地压为当次调整期中能量最大的震动,冲击地压发生后,微震活动程度明显下降,出现震后平静期。(2)冲击地压的主震信号20 Hz以下低频成分占比例较多,波形图中尾波明显且持续时间长,震动能量级别较大。(3)冲击地压前震主要频谱成分集中在40～100 Hz,前震发生时间距离主震越近,低频成分越多。(4)微震事件分维值在大的震动(矿震或冲击地压)发生前会持续下降,在大震临近时会降到某个临界值以下。上述规律对确定预测冲击地压的预警指标以及对提高冲击危险程度判别的准确性具有重要意义。

关键词：采矿工程煤柱冲击地压微震信号频谱特征分形维值前兆信息

基于STA/LTA改进的CEEMD-SVD微震信号降噪算法

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振动与冲击 2023年第5期42卷 113-121页

作者：史艳楠齐朋磊王裕王毅颖张冲冲河北工程大学机械与装备工程学院河北邯郸056038 河北省煤炭生态保护开采产业技术研究院河北邯郸056038 邯郸市智能车辆重点实验室河北邯郸056038

针对煤矿井下工作环境复杂,采集到的微震信号包含大量噪声信号,严重影响对微震信号的拾取、定位和反演。采用互补集合经验模态分解(complementary set empirical mode decomposition, CEEMD)联合奇异值分解(singular value decompositio... 详细信息

针对煤矿井下工作环境复杂,采集到的微震信号包含大量噪声信号,严重影响对微震信号的拾取、定位和反演。采用互补集合经验模态分解(complementary set empirical mode decomposition, CEEMD)联合奇异值分解(singular value decomposition, SVD)与长短时窗法(STA/LTA)相结合的降噪算法。利用CEEMD分解微震信号,得到固有模态分量(inherent modal component, IMF),依据相关系数确定噪声主导的IMF和信号主导的IMF,通过STA/LTA去除CEEMD产生的伪分量。对噪声主导的分量进行SVD分解降噪后与信号主导的分量及剩余分量重构得到降噪后信号。加入模拟噪声信号与实际采集的微震信号进行仿真实验,结果表明本文算法在保证小剩余噪声干扰的情况下,可以节省计算时间。通过与经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)、聚合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition, EEMD)及新型自适应聚合经验模态分解(novel adaptive ensemble empirical mode decomposition, NAEEMD)降噪方法进行对比,依据信噪比、能量百分比及标准差三个评价指标进行定量计算,实验表明该方法具有更好的降噪效果。

关键词：微震信号长短时窗法(STA/LTA) 互补集合经验模态分解(CEEMD) 奇异值分解(SVD) 降噪

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煤岩破裂微震信号的小波特征能谱系数分析法

仪器仪表学报 2011年第7期32卷 1521-1527页

作者：唐守锋童敏明潘玉祥贺新民赖小松中国矿业大学信电学院徐州221008

煤岩破裂微震信号是一种时变非平稳信号,具有不可预知性和突发瞬态性,为了提取能够表征微震源信息的有效特征,基于小波理论,选取了适合微震信号的小波基函数,并根据采样定理及Mallat算法确定了小波分解最大尺度,提出了用小波特征能谱系... 详细信息

煤岩破裂微震信号是一种时变非平稳信号,具有不可预知性和突发瞬态性,为了提取能够表征微震源信息的有效特征,基于小波理论,选取了适合微震信号的小波基函数,并根据采样定理及Mallat算法确定了小波分解最大尺度,提出了用小波特征能谱系数分析煤岩破裂微震信号波形的状态分析方法。实验结果表明,微震信号与噪声信号有明显不同的小波特征能谱系数分布特征,而且可利用提取的能谱系数作为特征向量表示信号特征。这对于抑制微震信号的不稳定性和同频段的干扰信号,以及后续的特征编码非常有利,为实现煤岩破裂微震信号实时的模式识别打下了重要基础。

关键词：微震信号小波基函数最大分解尺度小波特征能谱系数