一种基于电磁辐射信号时域-频域特征的煤岩动力灾害监测预警方法与流程

1.本发明涉及煤岩动力灾害监测预警方法技术领域，具体为一种基于电磁辐射信号时域-频域特征的煤岩动力灾害监测预警方法。


背景技术：

2.煤岩动力灾害是我国煤矿主要灾害之一，随着开采强度的不断增大和深度的不断增加，煤岩动力灾害更为严重。对煤岩动力灾害的有效监测预警，是灾害防治的关键之一。电磁辐射法作为一种地球物理监测预警方法，可以实现动态、实时、连续的监测预警，已在煤岩动力灾害监测预警领域得到了较为广泛的应用。
3.以往的煤岩动力灾害电磁辐射监测指标多为时域统计参数的时序指标，如计数、强度、能量等，缺乏频域指标，有一定的局限性，因此有必要提出一种基于电磁辐射信号时域-频域特征的煤岩动力灾害监测预警方法以解决上述问题。


技术实现要素：

4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于电磁辐射信号时域-频域特征的煤岩动力灾害监测预警方法，使用宽频带电磁辐射三向天线、电磁辐射监测仪、远程监测电脑以及数据处理软件，其特征在于包括以下步骤：
5.步骤1，选择监测区域，布置测点；
6.各测点相距50m，各测点误差距离控制在1m内，保证信号的有效采集；
7.步骤2，安装仪器；
8.将各天线统一调整为沿指南针s方向为x轴，水平逆时针90
°
为y轴，通过测距仪与水平仪保证各天线xyz三轴方向一致，保证对监测区域的有效监测；
9.步骤3，数据采集；
10.通过电磁辐射三向天线对监测区域实行连续、实时监测，采样频率不小于200khz；每个小时采集存储时长为5min的3个方向的3组原始波形；将采集到的3组电磁辐射信号波形数据无线传输至远程监测电脑；
11.步骤4，数据处理与时-频融合预警；
12.通过数据处理软件提取3组信号的有效波形，并处理得到电磁辐射信号时序指标和频域指标值；将电磁辐射时序指标和频域指标分别进行临界预警和趋势预警，之后将时、频预警结果相融合，实现煤岩动力灾害的时-频二维预警。
13.与现有技术相比，本发明提供了一种基于电磁辐射信号时域-频域特征的煤岩动力灾害监测预警方法，具备以下有益效果：
14.本发明从煤岩电磁辐射频域角度出发，根据电磁辐射频率特征，提取频域指标，形成一种电磁辐射时-频二维预警煤岩动力灾害的方法，对丰富煤岩动力灾害电磁辐射监测预警指标体系，构建更为有效的预警模型，实现对煤岩动力灾害的精确监测预警；
15.且本发明中，选取电磁辐射强度、脉冲数以及两个参量的变化率作为电磁辐射时域特征参数，选取主频值和主频值变化趋势作为电磁辐射频域特征参数。根据上述各特征参数实际特征情况，选取相应的特征值对特征参量加以赋值，应用1～9标度法和层次分析法得到电磁辐射煤岩动力灾害时-频综合风险系数k。并将这一系数作为监测预警区域内发生煤岩动力灾害风险的预测预警条件，从而实现实时、连续、非接触式监测预警；
16.此外，该方法也适用于非煤矿山的岩爆灾害监测预警，可为矿山煤岩体失稳破坏类灾害防治提供支撑。
附图说明
17.图1为本发明的流程图。
具体实施方式
18.参照图1，本发明提供一种技术方案：一种基于电磁辐射信号时域-频域特征的煤岩动力灾害监测预警方法，使用宽频带电磁辐射三向天线、电磁辐射监测仪、远程监测电脑以及数据处理软件，其特征在于包括以下步骤：
19.步骤1，选择监测区域，布置测点；
20.各测点相距50m，各测点误差距离控制在1m内，保证信号的有效采集；
21.步骤2，安装仪器；
22.将各天线统一调整为沿指南针s方向为x轴，水平逆时针90
°
为y轴，通过测距仪与水平仪保证各天线xyz三轴方向一致，保证对监测区域的有效监测；
23.步骤3，数据采集；
24.通过电磁辐射三向天线对监测区域实行连续、实时监测，采样频率不小于200khz；每个小时采集存储时长为5min的3个方向的3组原始波形；将采集到的3组电磁辐射信号波形数据无线传输至远程监测电脑；
25.步骤4，数据处理与时-频融合预警；
26.通过数据处理软件提取3组信号的有效波形，并处理得到电磁辐射信号时序指标和频域指标值；将电磁辐射时序指标和频域指标分别进行临界预警和趋势预警，之后将时、频预警结果相融合，实现煤岩动力灾害的时-频二维预警。
27.本实施例中，所述步骤4，数据处理与时-频融合预警中，
28.时序预警指标包括电磁辐射强度、脉冲数，以1s为单位进行统计。
29.本实施例中，所述步骤4，数据处理与时-频融合预警中，
30.时序指标临界预警具体为：根据电磁辐射信号强度统计结果，取5min内的强度最大值为e，以e《10mv、10mv≤e《30mv、e≥30mv将强度e划分为三种情况，分别对应1～9标度ve为1、5、9；
31.根据电磁辐射信号脉冲数统计结果，取5min内的脉冲数最大值为n，以n《100次/s、100次/s≤n《500次/s、n≥500次/s将脉冲数n划分为三种情况，分别对应1～9标度vn为1、5、9；
32.则对于一个监测时段5min的波形，可以得到3个方向的3组ve和vn。
33.本实施例中，所述步骤4，数据处理与时-频融合预警中，
34.时序指标趋势预警具体为：对于电磁辐射信号强度e的结果，根据
[0035][0036]
式中，——第n监测时段信号强度最大值，单位，v；
[0037]
——第n监测时段前48h内各监测时段强度最大值的平均值，单位，v；
[0038]
rce——电磁辐射信号强度e的变化率；
[0039]
计算电磁辐射信号强度e的变化率rce，并以||《20％、20％≤|rc
e rce|《40％、|rce|≥40％将变化率rce划分为三种情况，分别对应1～9标度为1、5、9；
[0040]
对于电磁辐射信号脉冲数n的结果，根据
[0041][0042]
式中，——第n监测时段信号脉冲数最大值，单位，次/s；
[0043]
——第n监测时段前48h内各监测时段脉冲数最大值的平均值，单位，次/s；
[0044]
rcn——电磁辐射信号脉冲数n的变化率；
[0045]
计算电磁辐射信号脉冲数n的变化率rcn，并以|rcn|《20％、20％≤|rcn|《40％、|rcn|≥40％将变化率rcn划分为三种情况，分别对应1～9标度为1、5、9；
[0046]
则对于一个监测时段5min的波形，可以得到3个方向的3组和
[0047]
本实施例中，所述步骤4，数据处理与时-频融合预警中，
[0048]
频域指标临界预警具体为：提取3组信号的有效波形，求取有效波形的功率谱密度曲线，提取有效波形主频，对于单组波形取其最小主频为mf，以mf《40khz、40khz≤mf《100khz、mf≥100khz将主频mf划分为三种情况，分别对应1～9标度v
mf
为9、5、1；
[0049]
则对于一个监测时段5min的波形，可以得到3个方向的3个v
mf
。
[0050]
本实施例中，所述步骤4，数据处理与时-频融合预警中，
[0051]
频域指标趋势预警具体为：对于电磁辐射信号主频mf的结果，根据
[0052][0053]
式中，——第n监测时段的最小主频，单位，khz；
[0054]
——第n监测时段前48h内各监测时段的最小主频的平均值，单位，khz；
[0055]
rc
mf
——电磁辐射信号主频mf的变化率；
[0056]
计算电磁辐射信号主频mf的变化率rc
mf
，并以|rc
mf
|《20％、20％≤|rc
mf
|《40％、|rc
mf
|≥40％将变化率rc
mf
划分为三种情况，分别对应1～9标度为1、5、9；
[0057]
则对于一个监测时段5min的波形，可以得到3个方向的3个
[0058]
本实施例中，所述步骤4，数据处理与时-频融合预警中，
[0059]
时-频融合预警具体为：依据层次分析法，综合风险系数
[0060][0061]
则对于一个监测时段5min的波形，可以得到3个方向的3个k，取最大的k值为最终预警结果；
[0062]
电磁辐射煤岩动力灾害综合预警结果与电磁辐射煤岩动力灾害时-频二维综合风险系数k的关系如表1所示。
[0063]
表1综合预警结果表
[0064][0065]
以上所述，仅为发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。