[发明专利]岩石破裂声发射监测优势频段的选取算法

摘要

本发明涉及岩石力学领域，具体为岩石破裂声发射监测优势频段的选取算法，研究岩石破裂声发射监测频段，构建监测优势频段选取的算法，通过划分出合理频段，分析对比各频段对岩石破裂的敏感性，选取对噪声影响较小的频段；对岩石破裂过程声发射波形的频域变化规律与机理开展研究，不仅有利于揭示岩石变形破裂的规律，而且可以进一步发挥声发射监测手段在岩石力学领域的作用，为后面的声发射信号分析提供较纯净的数据源，提高声发射监测效果的可靠性。

主权项

岩石破裂声发射监测优势频段的选取算法，其特征在于，包括以下步骤：(1)前兆优势频段的求解算法以岩石损伤破裂过程出现的第一个声发射信号作为基准信号，选取基准信号的某个特征参数，其数值为C；h为在t时刻的声发射特征参数值的增量；θ_i(t)为岩石破裂过程中声发射特征参数的观测值；r_i(t+Δt)为t时刻到(t+Δt)时刻声发射特征参数的特征函数；特征函数r_i(t+Δt)求解如下：r_i(t+Δt)＝θ_i(t+Δt)‑θ_i(t)   (1)若对信号进行小波分解，r(t)展开求解如下：$\left.\begin{array}{c}{r}_{CD1}(t+\mathrm{\Δ})={\mathrm{\θ}}_{CD1}\left(t\right)-C_{CD1}\\ r_{CD2}(t+\mathrm{\Δ})={\mathrm{\θ}}_{CD2}\left(t\right)-C_{CD2}\\ ......\\ r_{CDi}(t+\mathrm{\Δ})={\mathrm{\θ}}_{CDi}\left(t\right)-C_{CDi}\\ r_{CAi}(t+\mathrm{\Δ})={\mathrm{\θ}}_{CAi}\left(t\right)-C_{CAi}\end{array}\right\}---\left(2\right)$变能系数ζ为：${\mathrm{\ζ}}_i=\frac{r_i(0,h)}{c_i}=\frac{{\mathrm{\θ}}_i\left(t\right)-c_i}{c_i}---\left(3\right)$对ζ展开求解如下：$\left.\begin{array}{c}{\mathrm{\ζ}}_{CD1}=\frac{r(0,h)}{C}=\frac{{\mathrm{\θ}}_{CD1}\left(t\right)-C_{CD1}}{C_{CD1}}\\ {\mathrm{\ζ}}_{CD2}=\frac{r(0,h)}{C}=\frac{{\mathrm{\θ}}_{CD2}\left(t\right)-C_{CD2}}{C_{CD2}}\\ ......\\ {\mathrm{\ζ}}_{CDi}=\frac{r(0,h)}{C}=\frac{{\mathrm{\θ}}_{CDi}\left(t\right)-C_{CDi}}{C_{CDi}}\\ {\mathrm{\ζ}}_{CAi}=\frac{r(0,h)}{C}=\frac{{\mathrm{\θ}}_{CAi}\left(t\right)-C_{CAi}}{C_{CAi}}\end{array}\right\}---\left(4\right)$前兆优势频段是对岩石破裂的前兆特征表现最为突出所属频段，其变能系数ζ_i＝ζ_max；为使ζ_max的前兆响应最大、最快，需对ζ_max进行预警参数处理，从中优选出一个对前兆响应最明显、速度最快的参数；(2)预警参数的选定在临近最后破裂时，ζ_CDi或ζ_CAj临近最后破裂均出现数值明显突变现象；选取其中一个对前兆响应最明显、速度最快的参数ζ_max进行一阶、二阶差分求导运算；对曲线ζ_max‑t进行一阶差分求导，得到ζ′_max‑t，即变能系数随时间的变化率，反映了ζ_max随时间变化程度；采用中心差分法进行求解：${\mathrm{\ζ}}_{\max }^{\′}\left(t\right)=\frac{{\mathrm{\ζ}}_{\max }(t+1)-{\mathrm{\ζ}}_{\max }(t-1)}{2\mathrm{\Δ}t}---\left(5\right)$再进行二阶差分求导得到ζ″_max‑t，即变能系数随时间变化的加速度，反映了ζ_max随时间变化程度的快慢；${\mathrm{\ζ}}_{\max }^{\′\′}\left(t\right)=\frac{{\mathrm{\ζ}}_{\max }(t+1)-2{\mathrm{\ζ}}_{\max }\left(t\right)+{\mathrm{\ζ}}_{\max }(t-1)}{\mathrm{\Δ}t\×\mathrm{\Δ}t}---\left(6\right)$最后，对比ζ_max、ζ′_max、ζ″_max变化规律，以响应先后及响应增幅情况作为依据，优选最佳预警参数，将该参数作为宏观破裂的短临预警参数。