基于变分模态分解的采空区“三带”微震信号能量衰减规律

为探明微震信号能量在采空区“三带”结构中的衰减规律,拟开展采空区覆岩相似模型试验,采集人工激发微震波经由采空区结构传播的微震信号,通过变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)处理微震信号,获取各频率下模态分量。针对采空区微震信号在VMD下各模态分量中心频率与能量之间的关系展开分析。根据中心频率法确定微震信号最佳模态数量,并计算微震信号欠分解状态、最佳分解状态、过分解状态下各分量能量;对各震源下信号最佳分解状态时各模态分量能量与中心频率分布关系进行拟合,分析在“三带”结构中,微震信号不同传播状态下各结构层对信号能量影响作用。研究结果表明:(1)在VMD过程中,人工激发震动信号有效模态数量在6~11范围内,微震信号能量随模态数量变化明显。(2)采用幂函数可实现对微震信号模态能量与频率关系的拟合,且拟合状态良好(决定系数大于0.9),其中低频模态分量包含能量占信号总能量近50%;采用高斯函数可以拟合震源各分量能量在频域上的分布表现,拟合状态较好,且表现出高斯单峰特征。(3)微震信号穿越采空区“三带”结构,微震信号能量随震源位置与传感器距离增加而减小,同时信号能量随震源位置到达传感器穿越岩层数量增加而减小,信号能量在经由垮落带时,能量变化明显,相较于裂隙带和弯曲下沉带,垮落带对信号能量衰减作用明显。

特殊地质结构层状岩体微震传播规律试验研究

矿山工程地质中往往存在断层和采空区,微震信号传播经过断层和采空区时,其传播规律必然会发生改变,因此研究特殊地质结构微震信号传播规律具有重要意义。基于惠更斯原理,考虑不同层状岩体中微震波传播速度不同,建立了非均匀介质条件下微震波的波面方程,进而获得波面半径与入射角之间的关系。结合室内相似材料模型实验,验证了波面方程的适用性,同时总结了断层、采空区对微震信号传播的影响特征。研究结果表明:微震信号穿过断层的用时更长,断层的存在导致信号的能量(最大振速)发生较大幅度的衰减;微震信号穿过断层后会以原来的速度继续传播,信号能量的衰减并不会使微震信号的传播速度发生衰减;微震波穿过断层时的入射角越大,穿过断层的用时越长,信号的能量衰减越多;采空区的存在导致微震信号的传播速度发生衰减,震源与监测点之间的距离越近,采空区对微震信号相对传播速度的影响越大。

基于自适应轮动归类的微震震相识别方法

震相识别为震源定位提供了可获取必需初始数据的微震信号片段.基于自适应高通滤波、背景噪声幅值上下界计算、轮动圆半径计算及轮动迭代、超限点归类分组4个信号处理流程提出了自适应轮动归类法,并分析了4个初始参数的影响程度及其取值依据.通过计算背景噪声与微震响应的特征值提出了用于判定微震信号有效性的微震信号信噪比(SNRmss),将SNRmss与信号长度分别同震相识别方法的计算速度与识别偏差进行了相关性分析.对比分析了模型试验与实际工程下该方法与改进长短时窗法(STA/LTA)在识别准确率、识别稳定性、计算速度、计算稳定性等方面的优劣.结果表明:相较改进STA/LTA方法,自适应轮动归类法对长度不同信号的识别容错率与稳定性更高.在模型试验下,自适应轮动归类法的识别准确率提高了25.0%,识别偏差标准差为前者的17.4%,计算时间平均值、标准差分别为前者的44.2%、67.4%;实际工程中,自适应轮动归类法的识别准确率提高了4.8%,识别偏差标准差为前者的34.2%,计算时间平均值、标准差分别为前者的40.9%、55.9%.

基于等效质点峰值振动速度的高铁线路周边建筑结构振动评价研究

高速铁路列车运行过程中产生的振动波对沿线建筑结构的影响不可忽视,适用于高速铁路线路周边建筑结构的振动评价方法具有重要工程意义。首先,基于萨道夫斯基公式与简谐激励作用下建筑结构响应的原理,建立了等效质点峰值振动速度(peak particle vibration velocity,简称PPV)计算式;随后,开展现场土体监测试验,分析了振动信号质点峰值振动速度的衰减特征,并通过小波包变换分析振动信号的频带能量特征,理论计算得出了等效PPV;最后,以现有交通振动作用下建筑容许振动值为评价标准,进行高速铁路线路周边建筑结构的振动安全评价。结果表明:除局部放大程度显著的位置外,高架桥桥墩地基中高铁振动波质点峰值振动速度衰减公式对实际质点峰值振动速度的整体拟合结果较好;基于等效PPV的振动评价方法发现,在振源距45 m处,G924次列车的0~10 Hz等效PPV值大于1 mm/s,超过了振动敏感和具有保护价值建筑的振动容许值;与现有振动评价相比,等效PPV的振动评价方法具有振动敏感性大、可针对特定建筑结构进行振动控制、可在高铁线路周边建筑选址前进行振动评价等优点。

加载速率与瓦斯压力对煤体破坏微震信号特征影响研究

为研究加载速率与瓦斯压力对煤体破坏微震信号特征的影响,应用高频微震监测设备,开展不同瓦斯压力条件下煤体不同加载速率加载破坏全过程高频微震监测试验。由试验可得:随着加载速率的提高,煤体试件抗压强度增大、破坏时间减少、弹性模量与软化模量也随之增加,煤体冲击倾向性增大;与之相较,瓦斯压力的提高,煤体试件抗压强度降低、破坏时间增加、弹性模量与软化模量降低,冲击倾向性减小。HHT变换得到不同瓦斯压力和不同加载速率下煤体试样破坏微震信号边际谱。通过频谱分析得到:随着加载速率的提高,微震信号的中心频率和优势频率降低;随着瓦斯压力的提高,微震信号的中心频率和优势频率增大。煤岩破裂信号的频率与强度无关,与试样破坏方式和裂隙的发育有关。冲击地压和瓦斯突出发生时,均可以改变煤岩裂隙的发育形式,因此,煤岩破裂信号频率特征可以作为矿井动力灾害特征差异的研究。

采空区覆岩波速模型及微震源定位方法

为构建煤矿小尺度区域微震波传播速度模型,提高矿井含采空区复杂地质结构内微震源定位精度。依据矿山采空区覆岩“三带”岩层变形、层面离层、层内断裂和裂隙发育以及岩体扩容等特征,构建圆弧层面波速模型,分区描述采空区覆岩波速结构。并提出采用考虑岩层变形特征的微震波绕射传播路径增量和基于时间平均方程的裂隙岩层波速折减进行波速模型修正。基于层状均匀介质假设和斯奈尔定律,推导微震波传播路径和走时计算公式,并计算各传播方向上的异向等效波速。基于到时理论定位原理,选择以实测到时差与理论走时差之差构建震源求解目标函数,采用模式搜索算法进行震源位置求解。形成了基于采空区覆岩异向波速模型的微震源定位方法。通过三维算例和煤矿地面微震监测定位应用,验证了所提方法的可行性与定位效果。研究表明:①由于煤矿地质环境中采空区遍布和微震波经由采空区传播的必然性,针对煤矿含采空区复杂地层结构特征,建立相应的异向波速模型,是提高矿山环境下微震源定位精度的关键;②采空区覆岩波速模型充分考虑了岩层形态、离层、断裂、裂隙发育和岩体扩容等对微震波传播路径和等效波速的影响,并通过定量确定微震波传播绕射路径增量和岩层波速折减,宏观表现出采空区地层结构的典型波速异向特征;③针对分层介质下的震源定位,在三维算例中选用异向等效波速模型的定位方法相较于全局平均波速模型,定位结果的平均误差由9.7558 m降至0.4186 m,有效降低了定位误差;④以矿井大能量微震事件的井下微震定位结果为参照,在现场地面微震监测中应用采空区覆岩波速模型,得出该模型定位结果较待定波速而言更接近现场调查结果中确定的煤岩体破裂影响范围。综上,对于依赖波速模型的定位方法,根据地质结构特征建立相应的异向波速模型是高效开展微震监测,提高微震源定位精度的突破点之一。

冲击载荷下块系岩体摆型波传播特性的试验研究

摆型波现象是深部开采中块系岩体固有的动力学特征之一。为研究深部块系岩体摆型波传播规律,采用理论分析与室内试验相结合的方法,研究了在冲击载荷作用下摆型波的传播特性。该试验采用12块花岗岩和橡胶夹层材料建立了模型,采用TST5915动态数据采集系统进行信号监测,分别获得了在均质夹层和部分夹层介质增厚情况下的加速度响应曲线,并运用摆型波动力模型理论进行分析。结果表明,摆型波在块体间传播过程中,频率大小不受能量大小的影响,而能量大小决定了波的衰减时间。当块体间介质黏性增加时,加速度幅值均有所下降,但对加速度衰减周期没有影响,而影响加速度衰减的主要因素是冲击载荷的能量大小。此次试验研究将为今后进一步研究摆型波动力传播特性提供一定的基础。

强膨胀软岩巷道锚网喷架联合支护技术研究

强膨胀软岩巷道的支护问题是西部地区矿井建设中普遍遇到的难题。为解决强膨胀软岩遇水泥化、崩解等给巷道掘进、支护等工程带来的困难,以强膨胀软岩巷道支护工程为研究对象,通过理论分析和现场调研,研究强膨胀软岩巷道变形机理;利用有限元分析软件MIDAS/GTS建立强膨胀软岩巷道数值仿真模型,分析了锚网喷架联合支护时巷道塑性区范围、表面位移和钢支架的受力特征。进行现场测试,获得了巷道围岩变形和锚杆受力变化规律。结果表明,采用钢支架与锚网喷构成联合支护体系可有效提高支护结构整体刚度,提升围岩的自稳能力和自承能力。

非均匀介质条件下矿震震波三维传播模型构建及其应用

为了研究速度模型对矿震定位误差的影响,基于惠更斯原理建立了矿震波在层状非均匀介质中的三维传播模型,通过现场爆破振动试验,采用矿山微震定位监测系统进行监测。对矿震震波的正演建立了矿震震波传播的三维波动方程,并给出了矿震波在介质分界面上传播速度计算公式,由此对经典线性定位方法进行合理改进,使得基于均匀介质的线性定位方法适合于非均匀分层介质。将理论推导结果应用于矿山微震监测定位系统中,进行实际矿震定位计算。试验表明,速度模型对定位的影响较大,运用所建立的三维传播模型应用于矿震定位,有效提高了定位精度。

弱胶结软岩巷道支护技术研究

为研究弱胶结软岩巷道支护难题,以塔然高勒矿区某矿弱胶结软岩巷道支护工程为研究对象,通过现场调研和室内试验分析弱胶结软岩遇水软化机理。利用有限元分析软件MIDAS/GTS建立弱胶结软岩巷道弹塑性数值计算模型,对比分析锚网喷和锚网喷架两种支护方案时的巷道塑性区范围、应力分布、表面位移、喷混结构受力及锚杆和钢支架的受力形态。进行现场工业试验,监测巷道围岩收敛变形和锚杆受力变化情况。结果表明,锚网喷架支护形式能够确保支护体系充分发挥作用,塑性区范围小,围岩应力分布均匀、锚喷支护结构受力均匀且较锚网喷支护时小,采用钢支架与锚网喷构成支护体系会大大提高支护结构整体刚度,提升围岩的自稳能力和自承能力。

含采空区层状岩体微震信号传播规律试验研究

微震信号在层状岩体中传播规律的研究对于实现震源准确定位具有重要的现实意义。在天然岩体中,微震信号在岩层中传播的速度,不仅受其内部因素即岩石自身物理性质的影响,还受外部因素如地质结构面、断层及采空区等条件的影响。通过室内试验的方法对微震信号在不同岩层及采空区处的传播规律进行研究。结果表明:波速随着传播距离的增加而逐渐衰减,且岩层密度越大衰减越慢;穿过的结构面数量越多,微震信号传播速度衰减比例越大;能量的衰减与波速的衰减一致。采空区断面横截面积越大,微震信号通过的用时越长;采空区周围岩石密度、弹性模量等物理性质的数值越大,微震信号通过时衰减越少。边际谱分析结果表明:断层对频率高的微震信号阻碍作用更强。

多参量综合指标冲击地压预测技术研究

提出了"全局-区域-局部"多参量综合指标冲击地压预测技术,多种预测方法相互协调与配合、优势互补,形成空间上层次化全方位的预测体系,可极大提高冲击地压预测准确性。结合老虎台矿冲击地压发生机理与影响因素,提出利用微震法对采区全局范围内微震事件进行实时监测,划分具有冲击危险区域,全局范围预测冲击地压;利用电磁辐射法监测工作面及巷道近场围岩的应力场和煤岩变形破坏变化状况,确定近场围岩高冲击危险区域,局部范围预测冲击地压;采用矿压监测法和钻屑法对确定具有冲击危险的区域进行重点监测,判断冲击危险程度,对采取防治措施后的防冲效果进行检测;采用采空区气体分析法预测电磁辐射法和矿压观测法等无法监测到的采空区的冲击地压。实践证明:全局-区域-局部"多参量综合指标预测技术的各种预测方法在功能上表现出明显的互补特征,在老虎台矿的冲击地压预报中取得良好效果。

矿山地震监测台站的空间分布研究与应用

为了提高矿山地震定位精度,在分析定位误差产生原因的基础上,研究了矿震监测台站的空间分布,提出了台站空间分布准则。研究表明,定位误差主要来自于随机定位误差和系统偏差。在给定速度模型时,随机误差由地震波到时准确性和震中与观测站间的几何图形来决定。通过在北京昊华能源有限公司木城涧煤矿的实际应用表明,该方法有效地提高了矿震定位的精度。

基于时频分析的微震P波和S波到时联合拾取方法

微震信号到时的精确拾取是震源定位的重要前提,准确获取微震信号P波、S波到时具有重要理论意义。基于时频分析原理与到时拾取原理,提出了基于时频分析的下山比较法。该方法的时频分析原理通过语谱图、功率密度谱图、连续两次FIR带通滤波获取了背景噪声的位置和规律、P波和S波初至前后微震信号的频率、振幅、能量变化以及光滑且利于迭代平均值比较的波形。该方法的到时拾取原理通过将全子波振幅的数学期望设置为阈值,并遵循P波和S波功率大小、到达先后、波形重叠三大关系迭代比较微震信号子波振幅,从而获得P波精确到时和S波峰值到时。利用模型试验比较了该方法较改进长短时窗(STA/LTA)方法的优越性,并在工程实例中获得验证。结果表明:该方法对比改进STA/LTA方法,前者可同时拾取P波精确到时与S波峰值到时而后者只能拾取P波精确到时,前者P波平均时差、标准差分别为后者的6.18‰、3.98‰,前者单次拾取所需平均计算时间、标准差分别为后者的43.99%、10.54%,前者到时拾取失败比例为0,而后者为15.63%。

基于高密度台阵的小尺度区域微震定位研究

准确的震源定位是微震研究的基础。针对微震定位误差较大的情况,探究了台阵密度同定位误差之间的联系。通过建立了立体监测体系模型,以到时差为变量建立目标方程,采用粒子群算法进行定位求解,研究了定位方法、波速误差和震源位置对定位的影响;根据现场试验,分析了台阵密度对定位的影响。研究发现,波速误差对定位误差有着极大影响,且定位波速过小带来的误差更大;台站包络范围内的定位效果好于外部,波速误差越大,效果越明显。台阵密度对定位的影响体现在两方面:第一,台站阵面数量,定位精度从高到低依次是多阵面,近震源单阵面,远震源单阵面;第二,台站的数量,采用多阵面定位时,震源定位误差同台站数量呈负指数相关。研究成果可以为矿山微震监测和中小尺度微震的研究提供一定的参考作用。

消肿生肌汤辅助LIFT对高位单纯性肛瘘术后疼痛与康复进程的影响

目的:研究消肿生肌汤辅助经括约肌间瘘管结扎术(Ligation of intersphincteric fistula tract,LIFT)对高位单纯性肛瘘术后疼痛(Visual analogue scale,VAS)评分、康复进程的影响.方法:选取2020年8月至2022年8月于我院确诊的94例肛瘘患者作为研究对象,依随机对照法分为研究组和对照组,各47例.对照组采用LIFT术治疗,研究组在对照组基础上联合消肿生肌汤治疗.比较两组临床疗效、治疗后恢复情况及住院时间、治疗前后视觉模拟评分(VAS)、大便失禁严重性指数(Fecal incontinence severity index,FISI)、Wexner肛门失禁评分(Wexner)、肛肠动力学、相关血清指标水平.结果:研究组总有效率高于对照组(P<0.05);治疗后,研究组VAS、FISI、Wexner评分均低于对照组(P<0.05);研究组直肠静息压(Rectal resting pressure,RRP)、肛管最大收缩压(Analmaximal contraction pressure,AMCP)、肛管静息压(Anal tube resting pressure,ARP)、肛管最长收缩时间(Anal longest contraction,ALCT)水平高于对照组(P<0.05);研究组血清转化生长因子-β1(Transforming growth factor-β1,TGF-β1)、纤维连接蛋白(Fibronectin,FN)高于对照组,淀粉样蛋白A(Serum amyloid A,SAA)、趋化因子5(Chemokine ligand 5,CCL5)低于对照组(P>0.05);研究组恢复情况及住院时间短于对照组(P<0.05).结论:消肿生肌汤辅助LIFT对高位单纯性肛瘘患者术后效果显著,可有效促进患者创口愈合,减少炎症反应,降低肛肠疼痛度,缩短临床康复进程.

分形理论的矿震初至震相识别方法及应用

为更好地进行矿山地震信号识别,以便进一步提高震级计算和定位计算的精度,采用了基于Hausdorff维数的计算方法,分析了矿山地震信号的特征,讨论了分形维判断矿山地震波初至的可行性.研究结果表明:三维情况下Hausdorff分形维数法适合于建立矿山地震波初至的自动拾取方法,结合多台定位法对进行矿山地震定位,垂直方向定位误差均值为4.5 m,两个水平方向定位误差均值为0.4 m,能够满足煤矿安全生产要求.

扩招后大学生素质的基本特征和分类

针对目前高校扩招后,学生数量猛烈增加,学生的素质参差不齐。提出应该加强学生素质教育和教学改革。通过系统分析扩招后学生现状以及扩招对学生素质的影响,提出21世纪大学生应该具备的素质有:思想道德素质,科学文化素质,身心素质和能力素质。并阐述了目前高校学生的素质和基本分类。通过调查研究,认清现在学生素质的基本特征和分类,找出扩招前后学生素质的不同,可以为素质教育以及教学改革提供基本的依据,为扩招后高校学生的培养提供了一定的借鉴意义。

采动影响下沿空巷道变形破坏与锚杆支护

为直观了解回采工作面超前支护段应力分布规律及相邻工作面开采应力分布规律,对巷道的支护方案进行初步支护设计,提出四种支护方案,应用大型有限差分软件FLAC3D对不同方案进行分析,通过对计算结果对比分析,对三种支护方案进行优化,结果表明:工作面倾斜方向的固定支承压力影响范围一般为15～30 m,少数可达到35～40 m,支承压力峰值位置距离煤壁一般为15～20 m,应力增高系数为2～3,采用锚网索耦合的方法对回采巷道进行支护是合理可行的。

风积土本构模型参数修正方法

目的修正邓肯-张E-B模型参数并建立新的风积土本构模型.方法采用应变控制式三轴压缩仪,通过对风积土的结构性试验研究,进行固结排水试验并引入围压损伤比的概念.结果试验通过观测围压在0.1 MPa、0.2 MPa、0.3 MPa时对风积土结构的损伤,得到考虑土体结构性影响的邓肯-张E-B模型的参数修正方法.试验中,在多组围压下发现土体内摩擦角φ值逐渐减小,黏结力C值逐渐增大;在卸载-再加载条件下,原状土的结构性被破坏.因此,将邓肯—张模型中参数C、φ、Rf、K、n、Kb、m、Kur、nur进行了修正.结论提出的围压损伤比对土体的模型参数修正方法具有一定的理论意义和实际应用价值,建立修正后的风积土本构模型为其他同类工程地区风积土工程数值计算提供了参考依据.