论文题目: 金属矿山隐患空区声波层析成像识别及其安全控制技术研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 采矿工程
作者: 黄仁东
导师: 古德生,戴兴国
关键词: 金属矿山,隐患空区,声波层析成像,神经网络,信号识别,安全控制
文献来源: 中南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文在全面检索、分析和评述国内外金属矿山隐患空区探测及隐患空区环境下工程安全控制研究已有成果和文献资料的基础上,采用理论分析、室内模拟实验和现场应用相结合的方法,系统地研究了金属矿山隐患空区声波层析成像识别及隐患空区环境下工程安全控制的理论与技术,并将研究成果应用于金属矿山隐患空区探测及其安全控制工作之中,取得了较好的效果。 论文首先论证了声波层析成像技术探测金属矿山隐患空区的技术可行性,给出了相应的理论依据。从地下声波波动方程出发,利用慧更斯-非涅耳原理、费马尔原理、克希霍夫绕射积分理论、反射透射原理探讨了声波在矿岩介质中的传播规律;从几何衰减、粘滞性吸收等几个方面研究了声波在矿岩介质中传播的衰减特性,分析并推导了特殊耗损参数——品质因子Q与吸收系数之间的关系。 研究了声波层析成像的技术与方法,提出了联合走时成像、振幅衰减成像的处理思路,并给出了综合层析成像的处理流程。 针对当前声波层析成像探测中信号处理不完善,多波叠加的信噪难以分离,初至时间难以确定的现状,论文提出了基于人工神经网络识别声波探测信号,确定初至时间的新思路,并首次以信号声音识别典型信号确定学习样本,建立了学习样本库;同时开发了一套与之配套的基于Dephi和Power builder开发的既能快速、准确处理数据和图像,又能方便、快捷管理数据的可视化自适应人工神经网络软件。 进行了金属矿山隐患空区声波层析成像探测的模拟实验,研究了空区形态特征、尺寸大小对探测结果的影响规律,获得了探测分辨率与隐患空区特征尺寸大小与波长的比值(D/λ_p)的关系,并分别以空气、乙醇、橡皮泥、甘油为充填介质进行模拟实验研究,获得了隐患空区中充填介质对探测图像的影响规律。 在现场探测试验方面,研究了一套适用于金属矿山隐患空区声波层析成像探测的实施技术和方法,获得了金属矿山隐患空区与层析成像显现特征之间的关系,及其图像识别与处理,平面定位及产状判定的综合技术。 最后论文结合厂坝铅锌矿群采空区环境下残矿的安全、高效回采及铜
论文目录:
第一章 绪论
1.1 金属矿山隐患空区探测及其安全控制研究的目的及意义
1.2 金属矿山隐患空区探测技术研究现状及评述
1.2.1 金属矿山隐患空区探测研究现状
1.2.2 隐患空区探测技术及其评述
1.3 声波层析成像技术研究进展和现状
1.4 声波层析成像技术在隐患空区探测中的应用综述
1.5 金属矿山隐患空区环境下工程安全控制研究现状
1.6 本文研究的技术路线和主要内容
第二章 金属矿山隐患空区声波层析成像探测的理论基础
2.1 概述
2.2 声波传播的基本理论
2.2.1 均匀各向同性介质中的波动方程
2.2.2 弹性波的传播速度
2.2.3 慧更斯-菲涅尔原理
2.2.4 克希霍夫绕射积分理论
2.2.5 费马原理
2.2.6 声波的时间场和射线方向
2.3 声波在非均匀矿岩介质中传播规律的研究
2.3.1 声波在两种不同矿岩介质分界面上的特性探讨
2.3.2 声波在多层矿岩介质中的传播规律研究
2.4 声波在非均匀矿岩介质中的传播衰减规律的研究
2.4.1 粘弹性介质中声波传播的波动方程
2.4.2 声波在矿岩介质中衰减特性的研究与探讨
2.5 金属矿山隐患空区声波层析成像探测的优势
2.6 本章小结
第三章 声波层析成像探测的技术与方法研究
3.1 概述
3.2 基于射线声波层析成像的基本原理
3.2.1 Radon变换与图像重建
3.2.2 基于射线声波层析成像的离散图像重建
3.3 井间波速图像重建
3.3.1 概述
3.3.2 数据采集
3.3.3 初至走时的拾取
3.3.4 速度模型的建立
3.3.5 反演成像大型稀疏线性代数方程组的求解
3.4 声波衰减层析成像的探讨
3.4.1 概述
3.4.2 声波衰减成像
3.5 联合层析成像的综合处理
3.6 本章小结
第四章 隐患空区声波层析成像识别模拟实验研究
4.1 概述
4.2 模型与原形的相似性问题
4.3 实验模型
4.4 实验仪器与设备
4.5 实验内容及目的
4.6 隐患空区尺寸大小及形态对探测结果影响的实验研究
4.6.1 不同尺寸及形态隐患空区异常体复合模拟实验
4.6.2 单一圆形隐患空区异常体模拟实验
4.6.3 隐患空区尺寸大小及形态对探测结果影响的分析
4.7 隐患空区中充填介质对探测结果影响的实验研究
4.7.1 低速充填介质对探测结果影响的模拟实验
4.7.2 不同速度的充填介质对探测结果影响的对比模拟实验
4.7.3 隐患空区中充填介质对探测结果影响的分析
4.8 本章小结
第五章 基于人工神经网络声波探测信号的识别与实践
5.1 概述
5.2 用于声波探测信号识别的 BP神经网络模型
5.3 学习算法
5.4 基于人工神经网络的声波探测信号识别软件的研制开发
5.4.1 软件的体系结构
5.4.2 数据库模型
5.4.3 软件的构成
5.5 基于信号声音识别声波层析成像探测的典型信号
5.5.1 信号转换成声音的基本原理
5.5.2 声音波形展示
5.6 基于人工神经网络声波探测信号识别系统的应用
5.6.1 工程概况
5.6.2 井间声波层析成像探测资料处理中存在的问题
5.6.3 模拟实验及结果
5.7 本章小结
第六章 金属矿山隐患空区声波层析成像法探测的应用研究
6.1 概述
6.2 铜陵新桥硫铁矿隐患空区探测
6.2.1 矿山概述
6.2.2 矿山地质条件
6.2.3 探测方法与工作质量
6.2.4 数据处理与层析成图
6.2.5 探测结果解释
6.2.6 综合结果分析
6.3 厂坝铅锌矿群采空区探测
6.3.1 概述
6.3.2 地质概况
6.3.3 群采空区形成情况
6.3.4 探测方法与技术
6.3.5 测线布置与工作方法
6.3.6 数据处理与成图
6.3.7 图像处理及成果解释
6.3.8 测试结果分析
6.4 本章小结
第七章 金属矿山隐患空区环境下工程安全控制研究
7.1 概述
7.2 隐患空区环境下工程安全控制研究
7.2.1 隐患空区引起的围岩和地表移动
7.2.2 隐患空区探测
7.2.3 隐患空区的处理
7.2.4 隐患空区环境的稳定性监测
7.2.5 隐患空区环境的数字模拟分析
7.3 厂坝铅锌矿群采空区环境下工程安全控制研究
7.3.1 工程概况
7.3.2 试验地点的地质概况
7.3.3 群采空区的探测与定位
7.3.4 群采空区非线性动力失稳的数值模拟
7.3.5 地压监测
7.3.6 群采空区环境下残矿回采方案的系统设计
7.3.7 群采空区环境下爆破强制崩矿动载效应的测试与分析
7.3.8 空区处理
7.3.9 防水措施
7.3.10 群采空区环境下工程安全控制效果
7.4 铜陵新桥硫铁矿地下渗水帷幕注浆治理技术研究
7.4.1 工程概况
7.4.2 水文地质条件
7.4.3 帷幕注浆参数的确定
7.4.4 帷幕设计
7.4.5 帷幕施工
7.4.6 帷幕注浆成果分析
7.5 本章小结
第八章 全文结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的主要学术论文及参加科研情况
致谢
发布时间: 2006-03-28
参考文献
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