基于声发射的煤与瓦斯突出预测分析-安全技术及工程专业论文.docx

- - III - 目 录 摘 要 I Abstract II 1 绪 论 1 1.1 煤与瓦斯突出预测技术现状 2 1.1.1 静态(不连续)预测 2 1.1.2 动态(连续)预测 4 1.2 煤与瓦斯突出预测技术发展趋势 6 1.3 本文的主要研究内容 7 2 声发射预测煤与瓦斯突出的原理、方法与关键技术 9 2.1 声发射预测煤与瓦斯突出的原理 9 2.1.1 声发射技术 9 2.1.2 检测原理 9 2.1.3 声发射信号特征参数概念及特点 9 2.2 声发射预测煤与瓦斯突出危险性的方法 10 2.2.1 声发射信号特征参数的选取 10 2.2.2 声发射参数预测煤与瓦斯突出危险性的基本模型 11 2.3 声发射预测煤与瓦斯突出关键技术 11 2.4 噪声的排除方法 12 2.4.1 噪声数据库的建立 13 2.4.2 综合滤噪方法 14 2.4.3 工艺技术阻噪 14 2.4.4 硬件滤噪 15 2.4.5 软件滤噪 16 2.5 本章小结 17 3 蚁群优化的小波包变换对声发射信号去噪处理 18 3.1 小波变换基本理论 18 - - PAGE IV - 3.2 蚁群优化的小波包变换对声发射信号去噪处理 19 3.2.1 提升小波包变换 19 3.2.2 渐变式阈值优化数学模型 21 3.2.3 基于平移搜索窗的蚁群算法 22 3.3 蚁群算法设计 23 3.3.1 搜索窗的设定 23 3.3.2 窗口平移 24 3.3.3 蚁群算法描述 25 3.4 本章小结 28 4 煤与瓦斯突出声发射器的神经网络预测方法 29 4.1 小波神经网络算法 29 4.2 声发射神经网络预测的应用 31 4.2.1 蚁群算法的基本原理 31 4.2.2 蚁群算法的改进及其理论研究 33 4.3 蚁群优化的小波神经网络 34 CACA-WNN 模型原理及结构 34 CACA-WNN 模型实现步骤 37 4.4 煤与瓦斯突出声发射器神经网络预测和预报原理 38 HYPERLINK \l _TOC_250001 4.5 MATLAB 与神经网络工具箱简介 42 HYPERLINK \l _TOC_250000 4.5.1 MATLAB 语言简介 42 4.5.2 神经网络工具箱简介 42 4.6 声发射的神经网络的设计 43 4.6.1 声发射小波神经网络结构设计 43 4.6.2 声发射器的蚁群优化的小波神经网络程序设计 45 4.7 煤与瓦斯突出声发射器的神经网络预测的计算机仿真 46 4.8 本章小结 50 5 煤与瓦斯突出声发射预测系统的实现 51 5.1 煤与瓦斯突出声发射在线监测系统设计 51 5.2 煤与瓦斯突出声发射监测仪系统构成 52 5.2.1 AEF-1 型声发射监测装备 52 5.2.2 声发射监测仪的改进与设计 53 5.3 软件的组成及功能 55 5.4 历史数据显示 58 结 论 59 参 考 文 献 61 作 者 简 历 65 学位论文数据集 67 - - PAGE 10 - 1 绪 论 目前我国煤矿安全事故中，在所有重大事故伤 亡人数中瓦斯突出造成的伤亡 55%以上，成为实现煤矿安全生产中的最 大障碍。在煤矿安全生产中，及时而准确 的预测煤与瓦斯突出具有重要意义。为了适应现代化煤矿安全生产的要求，本文提 出了基于声发射的煤与瓦斯突出预测研究。 煤炭在我国整个国民经济中具有举足轻重的地位，在中国生产和消费的一次性 商品能源中煤炭大约占 74%，发电能源中 78%是由煤炭提供的。此外，煤炭还提供 了我国大约 70%的化工原料。在以后的半个多世纪内，虽然煤炭在一次能源消耗比 重上将会有所下降，但是煤炭将仍是我国的主要能源。近年来，随着采掘强度的不 断加大和采掘深度的不断加深，矿井中得煤岩动力灾害愈发严重。建国以来，我国 煤矿发生煤与瓦斯突出次数占全世界总突出次数的 1/3 以上。煤与瓦斯突出(简称 突出)，是煤矿的主要灾害，是煤矿生产 中存在的一种极其复杂 的地质动力现象。 它能在极短的时间内(多则数分钟，少则数秒或几十秒钟)由煤体向巷道或采场突然 喷出大量的煤炭并且涌出大量的瓦斯，并造成一定的、有时是十分巨大的动力效应。 事故的发生，严重的威胁矿山的生产及工人的生命安全。因此各采煤国家投入了大 量的人力和物力，开展突出机理，预测及防治技术的研究。 目前，提出的关于突出机理 的假说己有十几种，在一些 方面取得了一些进展， 但因煤与瓦斯突出是一种影响因素非常多，且非常复杂的动力过程，由于煤岩物理 力学性质的非线性、岩体破坏形式的多样性和瓦斯赋存与运移过程的复杂性，对于 突