掘进工作面煤与瓦斯突出声电瓦斯预警指标优化研究与应用

摘要

随着煤矿进入深部开采作业，煤与瓦斯突出危险日趋严重。声电瓦斯监测技术已经被广泛的应用到了煤矿突出危险监测工作中。但目前掘进巷道中的声电瓦斯监测技术不够完善，存在很多影响声电瓦斯监测准确性的因素，以及各种声电信号的干扰存在和突出预警准确率较低等问题。根据以上问题，本文在实验室构建模拟了井下声电干扰信号系统，研究了声电瓦斯监测技术的数据传输和监测敏感参数及监测空间位置选择等影响监测结果的各项参数。结合金佳煤矿实际情况构建了声电瓦斯实时在线监测系统，优化影响声电监测数据的各种参数指标，并基于各个干扰源声电信号特征规律完成了分源降噪的工作。总结了突出危险前兆信息，建立了声电瓦斯综合预警体系，取得了良好的预警效果。主要研究成果如下： （1）通过实验室模拟井下声电干扰系统，实现了模拟井下数据传输的各个环节，并在此系统下得出声发射探头最佳接收频率1300Hz；电磁辐射信号随监测距离增加而减小的规律，并确定有效值为异常响应敏感指标。 （2）构建声电瓦斯实时在线监测系统，优化各种影响声电信号数据的参数，确定了声电信号的敏感指标为有效值，巷道中线处为最佳监测位置；6-12m之间为最佳监测距离。 （3）测试了不同干扰源的声电信号特征，确定了主要干扰信号的特征规律为两种：一种为尖端脉冲型，一种为“n”型干扰信号；并基于以上干扰信号特征采用变化率判断与递归最小二乘法相结合的滤噪方法，实现了对声电干扰信号自动识别与滤除。 （4）优化了统计时间对预警效果的影响，得出8h为最佳研究突出规律统计时间，24h为与常规指标对比最佳统计时间，确定了声电瓦斯信号与常规预测指标Δh2值相关性较大，并达到显著相关。 （5）总结了金佳煤矿13次煤岩动力灾害发生时的声电瓦斯前兆特征，构建了基于PCA和案例推理的煤与瓦斯突出动态预警系统，并进行了验证与实地应用，得到了较为良好的预警效果。 研究结果对声电瓦斯监测技术参数指标具有规范化作用，对煤与瓦斯突出防治与预警具有理论意义与实践价值。

目录

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致谢

1 绪论

1.1研究背景及意义

1.2.1 煤与瓦斯突出机理研究

1.2.2 煤与瓦斯突出监测研究现状

1.2.3 煤与瓦斯突出声电瓦斯信号特征及预警模型研究现状

1.3存在问题及不足

（1）煤巷掘进过程声电瓦斯信号监测指标和方法不明确

（2）声电干扰信号特征及滤除研究不足

（3）声电监测预警模型不够完善，造成预警准确率较低

1.4.1 研究主要内容

1.4.2 技术路线

2模拟井下声电干扰信号实验研究

2.1实验系统

（1）干扰信号源系统

（2）声发射、电磁辐射探头

（3）声电信号采集系统

（4）稳压供电系统

2.2.1 试验方法

2.2.2实验步骤

2.3.1 声发射探头标定

2.3.2 模拟不同监测距离电磁辐射信号特征分析

2.3.3声电信号各项指标对异常响应分析

2.4本章小结

3声-电-瓦斯实时在线监测系统建立

3.1矿井概况

3.1.1交通位置

3.1.2地质条件

3.1.3矿井开拓方式

3.1.4矿井通风系统及安全监测系统

3.2煤与瓦斯突出情况

3.3监测地点选取

3.4.1监测设备

3.4.2监测系统构建及监测方法

3.4.3监测软件

3.5本章小结

4 掘进工作面掘进过程声-电-瓦斯指标选择与优化

4.1声电信号参数选择与优化

4.1.1 声电信号参数

4.1.2声电信号参数更换结果分析

4.2声电信号监测空间位置选择与优化

4.2.1声电信号监测距离选择与优化

4.2.2声电信号监测位置选择与优化

4.3声电信号统计时间选择与优化

4.3.1电磁辐射信号统计时间优化

4.3.2声发射信号统计时间优化

4.4声电干扰信号特征规律

4.4.1声发射信号干扰特征

4.4.2电磁辐射信号干扰特征

4.5声电瓦斯信号与常规指标对比分析

4.6本章小结

5煤与瓦斯突出预警模型构建与验证

5.1声电干扰信号滤除技术

5.1.1声电干扰自动识别与滤除技术

5.1.2干扰信号识别与滤除应用

5.2煤与瓦斯突出预警模型构建

5.2.1声电瓦斯信号预警指标、准则及突出前兆特征

5.2.2煤与瓦斯突出预警方法及预警模型

5.3.1声电瓦斯指标对突出危险的权重分析

5.3.2突出预警验证与应用

5.4本章小结

6 结论与展望

6.1主要结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

作者简历

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