[发明专利]一种利用短时过零率识别煤岩失稳前兆特征的方法

权利要求书

1.一种利用短时过零率识别煤岩失稳前兆特征的方法，其特征在于，包括：

采集煤岩体样本失稳破坏过程中的全波形信号；

对采集的全波形信号进行加窗处理，将其分割为长度相等的短时帧信号；

对分割出的短时帧信号进行小波阈值去噪；

计算去噪后的各短时帧信号的过零率，并将计算出的过零率按时序排列；

确定过零率与煤岩应力状态的响应规律，得到煤岩失稳前兆特征判识准则；

根据所述煤岩失稳前兆特征判识准则，识别待识别煤岩体的失稳状态；

所述采集煤岩体样本失稳破坏过程中的全波形信号，包括：

利用微震或声发射传感器，采集煤岩体样本失稳破坏过程中所产生的连续震动波全波形信号或一系列独立的震动波信号；

在对采集的全波形信号进行加窗处理，将其分割为长度相等的短时帧信号时，采用的分帧窗口的长度取值标准为：可使各独立帧信号通过平稳性检验的最大时间窗；其中，所述平稳性检验的方法包括图检法和单位根检验法；

所述计算去噪后的各短时帧信号的过零率，并将计算出的过零率按时序排列，包括：

按照下式计算去噪后的各短时帧信号的过零率Z_n：

其中，x[n]是短时帧信号，N是短时帧信号长度，sgn|·|是符号函数，即：

将计算出的各短时帧信号的过零率按照煤岩体样本失稳破坏过程中所产生信号的先后顺序进行排列；

所述煤岩应力状态为煤岩体载荷与峰值载荷的比值；所述煤岩应力状态的取值范围为0～1，其值越接近于1，表示煤岩体失稳破坏程度越大；

确定过零率与煤岩应力状态的响应规律，得到煤岩失稳前兆特征判识准则，包括：

将煤岩体状态划分为稳定、中等稳定、弱稳定和失稳破坏四个等级；

确定不同等级的煤岩体状态对应的煤岩应力状态；其中，应力状态为0～0.2时为稳定、0.2～0.6为中等稳定、0.6～0.8为弱稳定、0.8～1为失稳破坏；

确定煤岩体样本在不同应力状态下的过零率的取值范围，以得到过零率在煤岩体稳定、中等稳定、弱稳定和失稳破坏四个等级下对应的量化分级阈值；

当短时过零率0.05时，应力状态为0～0.2，煤岩稳定性为稳定；当短时过零率0.05～0.15时，应力状态为0.2～0.6，煤岩稳定性为中等稳定；当短时过零率0.15～0.2时，应力状态为0.6～0.8，煤岩稳定性为弱稳定；当短时过零率为0.2时，应力状态为0.8～1，煤岩稳定性为失稳破坏；

根据所述煤岩失稳前兆特征判识准则，识别待识别煤岩体的失稳状态，包括：

根据过零率与煤岩应力状态的响应规律，以煤岩体对应的过零率的大小作为煤岩失稳状态前兆信息特征，最终判定待识别煤岩体所处的稳定性等级。

2.如权利要求1所述的利用短时过零率识别煤岩失稳前兆特征的方法，其特征在于，所述对分割出的短时帧信号进行小波阈值去噪，包括：

选用小波基函数对各帧信号进行小波分解，得到信号在不同层的小波系数；

对于各尺度的小波系数，比较其与阈值λ的大小，当第j层的第k个系数d_jk小于阈值λ时，认为系数d_jk主要是由噪声引起的，此时将d_jk置为零；当d_jk不小于阈值λ时，认为系数d_jk主要是由信号引起的，此时保留d_jk；

其中，阈值λ的计算方法为：

式中，n为小波系数的总个数，σ为信号的标准差；

利用小波逆变换对处理后的小波系数进行重构，得到去噪后的帧信号。