[发明专利]一种矿用微震监测信号的处理方法

说明书

本发明公开了一种矿用微震监测信号的处理方法，首先从微震监测数据采集系统中接收现场采集的原始信号，通过信号升维法绘制原始信号在时间‑频率二维空间中的能量分布图，得到清晰的时间‑频率‑能量谱；基于时间‑频率‑能量谱，利用无监督式聚类算法搜索并提取出有效震动信号所在的频带和时间段；基于时间‑频率‑能量谱以及提取出的有效震动信号所在的频带和时间段，建立基于全局噪声能量的滤波阈值，以及k个基于有效震动信号频带噪声能量的滤波阈值；再从时域上完成信号滤波处理，得到滤波处理后的有效震动信号。上述方法能够分析得到有效信号实际发生的时间段，并可根据其时间段更精细地处理信号发生前后的噪声，提高信号整体信噪比。

技术领域

本发明涉及矿山微震监测技术领域，尤其涉及一种矿用微震监测信号的处理方法。

背景技术

在矿山开采中，人为开采挖掘、爆破以及车辆机械振动会破坏矿体内原有应力平衡状态，导致围岩变形、移动和破坏，引起岩层塌陷，严重威胁着矿山井下工作人员的安全。因此，地压监测在深部开采中占有极其重要的地位，矿山岩体在变形破坏的整个过程中几乎都伴随着裂纹的产生、扩展、摩擦，积聚的能量在释放的过程中会产生量级较小的震动，即微震事件，微震监测是地压监测中的一种重要的监测手段，它是通过对物体震动进行监测，得到微震事件发生的时间、位置及震级，从而判断岩体承受压力大小、受到破坏程度等情况，来对其安全程度进行评价的方法，为矿山进行安全预警、控制地压灾害提供了有效依据。其中，由于微震事件震级一般都很微小，而现场由于施工、爆破等产生持续而较大的震动事件，使采集环境信噪比降低，对采集系统对微震事件波形进行采集非常困难。因此，滤波处理是微震监测系统的重要模块。在微震系统中，波形质量的好坏直接影响着微震数据处理结果，包括震源定位、震级等信息，而这些震源信息需要为进一步的安全风险评估提供可靠依据。

矿用微震监测信号滤波方法是矿用微震监测系统中的一个重要环节，数据质量好坏(数据信噪比的高低)直接影响着微震波形的分析结果。现有技术中常用的带通滤波、高通滤波、低通滤波等基础滤波方法，都是基于频域来实现不同频率噪声的处理，这些方法实现思想均是先对信号进行傅里叶变换，根据需要选取一个窗函数来圈出我们所需要的频率范围，接着在频谱上仅保留频域范围内的所有信号，从而滤除频带以外的所有信号，再用反傅里叶变换方法恢复成时域信号，即可得到指定频带的滤波信号。但上述类滤波方法对具有与微震信号不同频域的噪声抑制十分有效，但频域相似的噪声仍会产生较大干扰，使得微震信号质量不高；且该类滤波无法自动搜索有效信号所在的实际频率范围，需要人为参与指定频带来进行滤波，因此并没有完全过滤不同频带的噪声；而且也无法有效分析有效震动信号实际发生的时间，对于频率相似而发生时间不同的噪声也难以剔除，所以得到的滤波信号中仍然掺杂许多复杂未知噪声。

发明内容

本发明的目的是提供一种矿用微震监测信号的处理方法，该方法能够分析得到有效信号实际发生的时间段，并可根据其时间段更精细地处理信号发生前后的噪声，提高信号整体信噪比。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种矿用微震监测信号的处理方法，所述方法包括：

步骤1、从微震监测数据采集系统中接收现场采集的原始信号，通过信号升维法绘制原始信号在时间-频率二维空间中的能量分布图，得到清晰的时间-频率-能量谱；

步骤2、基于步骤1所得到的时间-频率-能量谱，利用无监督式聚类算法搜索并提取出有效震动信号所在的频带和时间段；

步骤3、基于所述时间-频率-能量谱，以及步骤2中提取出的有效震动信号所在的频带和时间段，建立基于全局噪声能量的滤波阈值，以及k个基于有效震动信号频带噪声能量的滤波阈值；

步骤4、根据步骤3中得到的基于全局噪声能量的滤波阈值，以及k个基于有效震动信号频带噪声能量的滤波阈值，从时域上完成信号滤波处理，得到滤波处理后的有效震动信号。