砂岩破裂状态声发射梅尔倒谱系数判识方法

• Published in: 煤炭学报 Vol. 49; no. 2; pp. 753 - 766
• Main Authors: 何学秋, 杨菲, 李振雷, 李娜, 宋大钊, 王洪磊, SOBOLEV Aleksei, RASSKAZOV Igor
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京 100083%北京科技大学土木与资源工程学院,北京 100083%俄罗斯科学院远东分院矿业研究院,哈巴罗夫斯克 680000 01.02.2024; 北京科技大学土木与资源工程学院,北京 100083
• Subjects: Mel-frequency cepstral coefficient(MFCC); sandstone damage state; acoustic emission(AE); identifica-tion method; 砂岩破裂状态; 梅尔倒谱系数; 声发射; 判识方法
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2023.0165

TD76; 岩体结构破裂是严重制约矿山、地铁、隧道等地下空间工程建设及其安全运行的重要因素.实现对岩体结构破裂状态的识别是当下研究的热点与重点之一.为此,开展了不同条件的砂岩加载破坏实验,提取了加载全程的声发射梅尔倒谱系数及其波动差,研究了系数及其波动差在砂岩受载破坏全程的变化规律,分析了 1号系数(一组声发射梅尔倒谱系数包括 12个,1号系数指第1个声发射梅尔倒谱系数)及其波动差与砂岩破裂状态的相关性特征,基于此提出了砂岩破裂状态声发射梅尔倒谱系数判识方法,构建了判识准则并进行判识效果检验.结果表明:随载荷增加,1号系数整体上增大,系数及其离散性在破坏阶段显著增大并表现出显著的规律波动性特征;1号系数波动差具有阶段性变化特征,波动差的大小及其起伏变化可表征砂岩的破裂,波动差整体增大及突增的变化可反映砂岩非稳定变形和峰后破坏阶段的宏观破裂,波动差的突增幅度可反映砂岩破裂程度;声发射梅尔倒谱系数及其波动差对砂岩破裂表现出良好的响应特征,该特征受不同加载条件的影响较小,说明声发射梅尔倒谱系数在反映砂岩破裂上具有适用性;1号系数及其波动差与砂岩破裂状态具有较好相关性,该相关性可分为 3个阶段,即 1号系数及其波动差在砂岩微破裂阶段分布集中,在临近失稳破坏阶段分布范围急剧增大、整体值升高且出现高异常值,在峰后破坏阶段分布范围进一步增大、整体值更高、高异常值更多;利用 1号系数的 75%位点值和异常值、1号系数波动差的 75%位点值和异常值构建了砂岩破裂状态判识准则,采用三分类模型混淆矩阵对判识准则的效果进行了检验,判识准确度和精准度分别为 90.43%、94.45%.该成果可为其他种类煤岩的破裂状态识别提供借鉴,为煤岩失稳监测预警提供参考.