基于ULF信号的矿井涌水预警技术研究

广西的矿山多位于三叠系或石炭系的软岩地区，且地下水资源丰富，矿井涌水是威胁矿山安全的主要危险因素，它已成为矿山企业、社会和国民经济可持续发展的重大问题，但我国在矿山安全预报等领域的研究目前基本停留在报警而不是预警这样一个水平上，迫切需要开展矿井涌水预报、预警等高新技术的攻关。本项目拟开展基于ULF（Ultra Low Frequency）信号的矿山水灾害预测预报技术研究，主要内容包括超低频信号的非平稳杂波和噪声抑制技术，地质遥感曲线的特征信号的谱分析技术、参数估计及地层跳跃弱信号的检测技术，以期实现矿山地质地貌的立体反演。本项目的开展和预期成果对于促进广西软岩地区乃至我国在矿井涌水预警预报等领域的高新技术设备的研制具有十分重要的理论意义和实用价值，其成果可广泛应用于矿山水灾害探测、西部干旱地区寻找地下水、重点工程地质勘察、煤矿采空区探测、地热开发等领域。

煤矿水害已成为社会关注的焦点，如何提前探测煤矿采区老窑水等灾害水体的准确位置及储水状态，是防范煤矿透水事故、保障国家煤矿安全生产和人民生命财产安全的关键，也是社会和国民经济可持续发展的重大问题。.该项目开展之前，我国尚未完全掌握煤矿透水预测预报关键技术及设备，仅处在报警而不是预警的水平，亟待实现技术突破。项目运用超低频电磁波理论、现代弱信号处理技术、人工智能及系统工程理论与方法，实现了煤矿透水灾害探测关键技术创新与系统集成，形成了煤矿探水雷达制造技术。.主要科技创新点如下：.1．建立了超低频信号随机共振模型，提出了时频展缩随机共振信号检测方法，采用先进的快时间和慢时间数字信号处理技术，设计了超低频信号的全频段自适应检测算法。.2．建立了我国数百个煤矿地质资料数据库，提出了超低频信号自适应时频分析的经验模式分解方法以及信号特征反折延拓的HHT 方法来抑制复杂地质条件下超低频遥感曲线的虚假信号、虚假频率，设计了超低频信号降噪算法及数据融合智能化反演资料解译算法，实现了不同地质条件下深层水体特征信息的稳健提取，有效解决了复杂地质条件下资料解译的多解性难题。.3．提出了超低频信号一次场动态剔除方法，能全程采样并动态跟踪、自适应地剔除一次场对二次场的影响，使近场探测盲区降低了3 倍；设计了回能钳式电路改善了超低频瞬变电磁关断效应，有效降低了发射系统热损耗，能量利用率提高了2 倍。实现了近场水害探测、提高了系统稳定性。