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冻结立井爆破振动信号去噪研究
摘要：
随着现代矿业的不断发展，立井爆破已成为煤矿开采的重要手段之一。然而，爆破振动引发的噪音、震动等环境污染问题越来越严重。本文针对这一问题，研究了冻结立井爆破振动信号的去噪方法，通过实验和仿真模拟，探索出了一种有效的去噪方法，为保障矿山生态环境和人类健康奠定了基础。
关键词：立井爆破；振动信号；噪声消除；仿真模拟
一、引言
立井爆破是煤矿开采过程中一种常见的作业方式，但是，爆破振动却引起了严重的环境污染问题。在爆破过程中，随着爆炸能量释放，周围的岩石被瞬间冲击，振动信号被传递到地面，造成地面的震动和噪音。由此产生的振动信号和噪声不仅对矿区周围的居民造成了威胁，也对采煤机械设施及井下人员安全造成较大影响。因此，需要对爆破振动信号进行准确的检测和信号去噪处理，以保护生态环境和人体健康。
二、爆破振动信号特点分析
立井爆破振动信号具有以下特点。
1.正弦波幅值随时间变化
在爆破过程中，振动信号随着时间的推移，其幅值也在不断变化。这是由于振动信号的传播特性决定的，因此，需要对信号进行时间域分析。
2.信号包络
爆破振动信号可以看成是由多种频率的信号叠加组成的，信号包络可以描述信号振幅随时间演变的规律。对于振动信号，常常采用包络分析方法进行特征提取。
3.信号频率范围宽广
爆破振动信号的频率范围较宽，是由于不同的振动源和传播介质产生的信号频率不同造成的。因此，需要选择合适的滤波器进行波形频域分析。
4.信噪比低
在实际传播过程中，由于环境噪声和其它信号的干扰，所得到的信号会受到大量的干扰，导致信噪比较低。因此，需要采用适当的滤波和去噪技术降低信噪比。
三、立井爆破振动信号去噪方案
立井爆破振动信号去噪的关键是信号处理方法的选择。本文研究了多种信号处理方法，包括小波变换、自适应滤波、频域滤波等，并结合实验和仿真模拟得出了最佳信号去噪方案。
1.实验设计
本文采用压裂爆破试验为样本，差分式高频振动传感器采集爆破振动信号，并通过有采样率为20000Hz的数据处理仪器记录受测点的振动特征。其中，实验设定受控工作条件下，比较不同去噪方案处理后的爆破信号，并进行信噪比比较。
2.自适应中值滤波算法
自适应中值滤波算法可以采用中值滤波和多分辨率分析相结合，通过选择最佳窗口大小和不同的阈值参数，在进行中值滤波的基础上，能够达到对爆破振动信号准确的去噪效果。
3.小波变换去噪法
小波变换是一种把信号分解成不同频率定位的方法，因此，对于爆破振动信号去噪来说非常适用。其中，通过小波变换的多尺度分解特性，可以把信号分解成多个子带，然后再根据小波分解的邻域性，达到准确地去噪效果。
4.频域滤波算法
该方法是一种通过事先把信号转换到频域进行频域滤波，然后再通过IFFT(InverseFastFourierTransform)方法把滤波后的信号转换回到时域的算法。由于它能够在频域直接处理信号，不仅速度快而且处理效果好。
四、仿真模拟
为了更加全面地测试信号处理方法在实际应用中的效果，本文采用了MATLAB对爆破振动信号进行了仿真仿真模拟。针对不同的信号处理方法进行模拟，通过计算处理前后的信噪比以及平稳水平等指标，分析其去噪效果。
五、结论与展望
本文综合了多种信号处理方法，实验测试和仿真模拟均表明，在冻结立井爆破振动信号去噪处理方案中，小波变换方法效果最佳。同时在实际使用中，应也应注意加强矿山爆破器材的改进，减少对环境的影响，保障矿山的可持续发展。
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