基于小波包的矿压预测模型构建与应用

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1、基于小波包的矿压预测模型构建与应用1绪论1.1研究背景和意义煤炭企业属于传统的资源开采型企业，当开掘巷道或进行回釆工作时，在矿山压力作用下，使巷道围岩、煤体和各种支撑物产生各种矿山压力显现，为使矿压显现不影响正常开釆工作和保证生产安全，必须充分掌握矿压显现规律，以便釆取及时有效的矿山压力控制技术措施，而现场监测是研究和掌握矿压显现规律的重要方法之一。各生产矿井在釆掘生产过程中，都进行了大量的矿压监测工作，获得了大量的矿压监测数据和资料，对矿井矿压控制的指导和决策起到了非常重要的作用。矿压监测数据实际上可描述为一种随时间变化的信号，现阶段对数据的分析只是停留在表面，

2、没有深层次地去噪和挖掘潜在的信息。如何从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的、随机的数据中提取隐含在其中的、人们事先不知道的、但又是潜在有用的信息和知识，确定矿压突变点在空间的具体位置及分布情况，对正确判断矿压显现程度十分重要，并且通过对影响巷道的变形因素之间的隐含关系进行分析，在此基础上建立巷道变形预测模型，并用此模型对巷道变形未来的发展趋势进行预测，掌握其变化规律，应用于指导矿压控制。.1.2国内外研究现状小波分析和小波变換是近二十年来迅速发展起来的一门新兴科学，是20世纪数学研究成果中杰出的代表之一。作为数学学科中的一个分支，它汲取了现代分析学中众多分支的精华

3、，如傅里叶分析，数值分析、样条分析，调和分析等。小波分析由于在理论上的完美性和应用上的广泛性，在很短的时间内，得到了科学界和工程界的高度重视，并且在很多领域如信号处理模式识别地震预报、矿产勘测、故障诊断、CT成像、语音识别彩色复印数据电视刑事侦破等学科中得到了广泛的应用。小波分析以其独有的特性为20世纪的现代分析学作了完美的总结。小波分析和传统的傅里叶变换相比具有很大的优越性，因为它不仅在时域有很好的局部化功能，而且在频域上也有着较好的局部化功能。特别是在对高频成分的处理上，釆用逐步精细的步长，我们可以去观测到信号的任何细节部分。近年来，小波技术发展特别快，在非平

4、稳信号分析中得到了广泛的应用，促进了信号处理技术的进一步发展。它己经成为当前信号分析领域中大家普遍采用的方法。在小波分析的具体应用中，信号处理和图像处理使用的最为广泛，而在这两个领域中，信号的降噪和压缩则应用最多。在正交小波分析中，正交基的选取比传统方法更接近实际信号，所以通过小波变换可以更容易地分离出噪声或异常的信息，因此小波变换已经越来越多地引起人们的关注。在监测数据采集过程中，不可避免地会受到施工以及其它不确定因素的影响，因而使得收集到的监测数据含有一定程度的噪声，如果用采集到的监测数据直接进行分析，由于噪声的存在肯定将影响最后分析结果的精确度。所以我们在对

5、监测得到的数据进行分析前，如果能够将隐藏在信号的中的噪声运用一定的方法去除，会得到更好的分析结果。由于小波分析具有多分辨率性，可以将一个信号分解为在不同频段上的信号。而信号与噪声正好处在不同的频段，其中信号在低频段，在时域与频域上都是局部的；而噪声处在高频段，在时域和空间上是全局分布，在整个监测时段内处处存在。所以，我们利用小波分析的这一特征，只要选取一定的阀值对高频系数进行处理就可以有效地去除噪而保留信号。2小波分析及其在矿压数据去噪中的应用2.1引言在正常生产过程中，工作面会产生强烈的矿压反应，这主要是来自顶板的压力，主要体现在工作面液压支架的承受力上面。我们

6、在工作面液压支架上面安装压力自动采集装置。此装置会每10分钟自动采集一次，这样可以为我们提供大量的矿压数据进行试验。我们通过对这些数据进行去噪，得到其中的高频和低频信号，对幅值进行观察，得到差生的间断点，并对间断点所在的位置进行分析，通过矿压理论来分析间断点位置的合理性，确定顶板的来压步距。巷道的变形程度取决于埋深、岩石强度、开釆方式、支护方式等一系列因素的综合影响。需要对不同条件下的巷道变形进行综合分析，来确定这些影响因素之间的关系，以及对巷道变形影响的程度。我们可以将影响因素看成一个变量，那么巷道的变形程度也是一个变量。而且随着影响因素的变化而发生变化。通过对

7、不同条件下影响因素的值和巷道变形值进行分析，得出影响因素与巷道变形程度之间的具体数值关系。这样我们就可以将这个数值关系用于预测给定条件下的巷道变形程度。我们将实测的巷道变形量.通过小波技术进行去噪处理，然后与预测的结果进行比较，验证数值关系的可靠性，并分析产生误差的原因，为将来优化数值关系作基础。..2.2小波分析概述傅里叶变换对于具有如趋势项、漂移、突然变化以及信号的开始或者结束等突变特性的信号很难进行分析和处理，这就使得我们要去寻求一种能对信号时频局部化分析的新方法。在解决傅里叶变换的上述问题时，短时傅里叶变换（又称为加窗傅里叶变换）就应运而出。它最早是由D.

8、Gabor