[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

说明书

本发明公开了一种利用短时过零率识别煤岩失稳前兆特征的方法，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。本发明可以为声发射监测技术在煤岩动力灾害预警、高陡边坡监测、结构健康监测中提供新的分析方法和指标，对提升声发射监测技术的应用效果起到积极作用。

技术领域

本发明涉及煤岩破裂震动波信号分析和煤岩失稳前兆特征分析技术领域，特别涉及一种利用短时过零率识别煤岩失稳前兆特征的方法。

背景技术

煤岩动力灾害严重威胁着井下相关人员的生命和财产安全，而煤岩失稳作为动力灾害发生的前兆之一，提取有效的煤岩失稳特征可以识别并避免其发生以保障井下的安全生产。目前井下常用微震或声发射技术监测煤岩体裂隙产生过程中释放的震动波信号，其能直接反映煤岩失稳过程，已在多个矿井中取得良好的应用效果。然而，针对声发射、微震等系统采集的震动波信号，其分析手段和分析指标大都较为单一，仅简单使用事件数、振铃计数、振幅等时域指标，缺乏对原始震动波形的深入挖掘分析；除此之外，已有研究发现煤岩体在不同破坏阶段的震动波形存在显著差别，在弹性阶段通过门槛值就能区分单个微震/声发射事件，而在屈服破坏阶段由于微震/声发射事件产生速度增加，造成多个事件的波形叠加，已有的参数难以实现对煤岩稳定性的准确评价和动力灾害的准确预警，已影响到矿井安全生产。因此，有必要对微震/声发射等监测系统采集的信号进行深入挖掘分析，从原始震动波信号中提取出能准确表征煤岩体稳定性的参量，以达到提高煤岩动力灾害监测预警准确率的目的。

发明内容

本发明提供了一种利用短时过零率识别煤岩失稳前兆特征的方法，以解决现有技术所存在的分析手段和分析指标单一，在屈服破坏阶段难以实现对煤岩稳定性的准确评价和动力灾害的准确预警，已影响到矿井安全生产的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一种利用短时过零率识别煤岩失稳前兆特征的方法，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。

进一步地，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。

进一步地，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，平稳性检验的方法包括图检法和单位根检验法。

进一步地，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；