[发明专利]一种基于VMD的煤岩体破裂声发射信号处理方法

说明书

本发明涉及信号处理与分析技术领域，提供一种基于VMD的煤岩体破裂声发射信号处理方法。本发明的方法包括下述步骤：步骤1：读取煤岩体声发射信号x的时序序列{x(t)}；步骤2：基于VMD方法对声发射信号x进行分解，得到K个频率从高到低顺序排列的本征模态分量；步骤3：取高频本征模态分量进行振铃计数，即计算越过预设门槛值的震荡次数；步骤4：取低频本征模态分量计算声发射信号x的能量。本发明能够用振铃数来表征煤岩体破裂的频繁程度、用能量来表征煤岩体破裂的强弱程度，能够提高对煤岩体的破坏状态与破坏程度表征的准确性，振铃数和波形能量的突增现象能够作为煤与瓦斯突出等煤矿动力灾害的前兆。

技术领域

本发明涉及信号处理与分析技术领域，特别是涉及一种基于VMD的煤岩体破裂声发射信号处理方法。

背景技术

煤与瓦斯突出在煤矿生产工过程中具有巨大的危害，大型突出事故会造成严重的财产损失，甚至人员伤亡。如何有效地预警煤与瓦斯突出，已经成为煤矿安全生产工作的重点和难点。利用煤岩体破裂声发射技术进行煤与瓦斯突出预警已经得到广泛运用，且效果显著。煤岩体破裂演化过程主要分为三个阶段：煤岩体破裂初期，声发射信号的特征参数均处于较低水平，煤岩体内发生微小的、均匀的且较为平缓的破裂，能量的聚集偶尔会出现单个较大的岩体破裂；煤岩体破裂中期，开始集中产生破裂现象，煤岩体内裂纹开始扩张，随着能量的聚集，岩体内大裂纹也频繁出现；破裂后期，煤岩体开始出现变形，内部加速破裂，整体结构稳定性直线下降，最终失稳突出。

目前多采用声发射的振铃数进行煤与瓦斯突出灾害预兆。然而，对于煤岩体的破坏状态、破坏程度，传统对于声发射信号的处理方法难以实现准确的表征。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于VMD的煤岩体破裂声发射信号处理方法，能够提高对煤岩体的破坏状态与破坏程度表征的准确性。

本发明的技术方案为：

一种基于VMD的煤岩体破裂声发射信号处理方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1：读取煤岩体声发射信号x的时序序列{x(t)}；其中，t＝1,2,…,m，m为采样点总数；

步骤2：基于VMD方法对声发射信号x进行分解，得到K个频率从高到低顺序排列的本征模态分量{u₁,u₂,…,u_k,…,u_K}；其中，u_k为第k个本征模态分量，k＝1,2,…,K，K为分解尺度参数；

步骤3：取{u₁,u₂,…,u_k,…,u_K}中的高频本征模态分量进行振铃计数，即计算越过预设门槛值的震荡次数；其中，K₁＜K；

步骤4：取{u₁,u₂,…,u_k,…,u_K}中的低频本征模态分量计算声发射信号x的能量。

进一步地，所述步骤2包括下述步骤：

步骤2.1：确定分解尺度参数K与惩罚因子α；

步骤2.2：初始化迭代次数n＝0、第1次迭代中第k个本征模态分量本征模态分量的中心角频率第1次迭代中的拉格朗日乘法算子λ¹＝0；

步骤2.3：令n＝n+1；

步骤2.4：在非负频域区间上，ω≥0，对于k＝1,2,…,K，更新第n+1次迭代中第k个本征模态分量及中心角频率为

其中，分别为x(t)、λⁿ(t)对应的傅里叶变换；