煤矿冻结立井爆破振动信号时频特征精细化提取

发布时间：2020-03-02 07:20

【摘要】：通过频率切片小波变换(Frequency Slice Wavelet Transform,FSWT)对采集到的冻结立井爆破振动信号进行了精细化时频特征提取,并利用其逆变换能切割任意频率区间的特点,重构出6个更为细化的子频带信号,得到各子频带占原信号的能量百分比和相关系数。研究结果表明:立井爆破振动信号属于更加高宽频的非平稳随机振动,其能量主要都分布于500 Hz区域内,所占能量为99.02%,随着频率的升高,振速峰值和能量百分比不断降低,信号子频带能量百分比与其相关系数成正相关。
【图文】：

Vol.48No.6Jun.2017第48卷第6期2017年6月SafetyinCoalMines图3典型爆破振动信号功率谱密度曲线拓方式，工业场地内布设主、副、风3个井筒，综合考虑各井筒施工进度，现场调研及试验选择在主立井井筒内进行。主立井井筒自井深－754．848m段即进入基岩段，风化基岩段由砂岩和砂质泥岩组成。试验段位于795m处，岩性为灰粉质砂岩，普氏系数6～8。采用钻爆法掘进，钻眼使用SJZ－6．9型伞钻钻眼，L＝4000mm中空六角钢钎，准42mm十字形钻头，眼深4m。中深孔直眼掏槽，掏槽眼、辅助眼采用耦合连续装药结构，起爆顺序从中心到周边依次起爆，联线方式为并联。2号岩石抗冻水胶炸药，1～5段毫秒延期电雷管，单循环总装药量324kg，掘进段高3．7m。现场爆破炮眼布置图如图1。1．2测点布置与信号采集本次试验选用TC－4850型爆破测振仪来记录爆破振动信息。该仪器可并行采集3个方向振动信号，记录0～35cm/s范围内的峰值振速以及1～500Hz频率范围内任意时长振动信号，记录精度完全满足工程要求。爆破振动传感器随井壁施工浇筑在井壁内，测振仪主机放置在井壁保护层专用保护箱内，并将传感器x正向指向井筒中心，即径向；y轴与x轴垂直且沿顺时针方向为正，即切向；z轴按向上为正，即轴向。设定测振仪采样频率为8kHz，选取典型爆破振动信号进行分析，其时程曲线如图2。信号振动主频为137．91Hz，时间上包含矿用5个微段别雷管起爆时间（＜130ms）范围，证明了测试数据的有效性。信号频谱三维瀑布图（图3）表明，信号的频率主要分布在0～1000Hz频率范围内，在更高频出现能量的波动现象。2FSWT时频分析方法2．1FSWT时频分析令L2（R）为有限向量空间（R为实数集合），对于任意信号（ft）∈L2（R），为获得均衡的时间和频率分

m。现场爆破炮眼布置图如图1。1．2测点布置与信号采集本次试验选用TC－4850型爆破测振仪来记录爆破振动信息。该仪器可并行采集3个方向振动信号，记录0～35cm/s范围内的峰值振速以及1～500Hz频率范围内任意时长振动信号，记录精度完全满足工程要求。爆破振动传感器随井壁施工浇筑在井壁内，测振仪主机放置在井壁保护层专用保护箱内，并将传感器x正向指向井筒中心，即径向；y轴与x轴垂直且沿顺时针方向为正，，即切向；z轴按向上为正，即轴向。设定测振仪采样频率为8kHz，选取典型爆破振动信号进行分析，其时程曲线如图2。信号振动主频为137．91Hz，时间上包含矿用5个微段别雷管起爆时间（＜130ms）范围，证明了测试数据的有效性。信号频谱三维瀑布图（图3）表明，信号的频率主要分布在0～1000Hz频率范围内，在更高频出现能量的波动现象。2FSWT时频分析方法2．1FSWT时频分析令L2（R）为有限向量空间（R为实数集合），对于任意信号（ft）∈L2（R），为获得均衡的时间和频率分辨率，对分析信号引入2个评价参数η、ν，其中η称为频率分辨比率[4]：η=△ωω（1）式中：ω为频率，Hz。ν为幅值期望响应比率（0<ν≤1），通常ν取值为2姨/2、0．5或0．25等。基于FSWT的时频分析主要步骤为：①选取合适的频率切片函数，并估算η、ν，初步确定时频分辨系数；②按Nyquist频带对信号作FSWT变换，分析信号全频带的时频分布特征；③选取需要的时频切片区间，对其进行FSWT变换，细化分析该频带的时频分布特征；④通过FSWT逆变换，对上述特征切片区间进行信号重构、分析。2．2能量分布特征FSWT能方便地重构任意频带内的信号，并不图2典型爆破振动信号波形曲线图1立井爆破炮眼布置图·227·

【参考文献】

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