本發(fā)明涉及煤巖試樣測試，尤其涉及一種基于聲發(fā)射實時統(tǒng)計分析的煤巖破壞預(yù)測方法、裝置。

背景技術(shù)：

1、煤巖破壞的預(yù)測預(yù)警對于自然和工程災(zāi)害的防范具有重要意義。在煤礦開采、隧道掘進(jìn)、地下工程等領(lǐng)域，煤巖體的穩(wěn)定性是確保工程安全的關(guān)鍵因素。煤巖破壞往往伴隨著能量的釋放，這些能量以多種形式表現(xiàn)，其中聲發(fā)射信號是煤巖體內(nèi)部破壞的重要預(yù)警信息來源。通過對聲發(fā)射信號的實時監(jiān)測和分析，可以預(yù)測煤巖體的破壞趨勢，為工程安全提供重要保障。

2、目前，關(guān)于煤巖破壞預(yù)測的現(xiàn)有方法主要包括基于彈性力學(xué)理論的彈性波發(fā)射-接受法、基于塑性力學(xué)與擴(kuò)容理論的變形特征法、熱紅外法以及基于聲發(fā)射特征進(jìn)行預(yù)警等方法。其中，基于聲發(fā)射特征的預(yù)警方法因其直接反映煤巖體內(nèi)部破壞過程而備受關(guān)注。該方法通過監(jiān)測煤巖體在加載過程中釋放的聲發(fā)射信號，分析信號的幅值、頻率、能量等特征參數(shù)，以實現(xiàn)對煤巖破壞的預(yù)測。特別地，現(xiàn)有技術(shù)中多采用聲發(fā)射振鈴計數(shù)或能量進(jìn)行預(yù)測，以聲發(fā)射進(jìn)入平靜期或聲發(fā)射b值穩(wěn)定降低作為預(yù)警信號。

3、然而，現(xiàn)有基于聲發(fā)射特征的煤巖破壞預(yù)測方法存在顯著缺陷。一方面，預(yù)警信號釋放時刻與煤巖沖擊破壞時刻之間的時間差不確定，且預(yù)警信號釋放時刻煤巖承受載荷與煤巖所能承受的極限載荷之間的關(guān)系也不確定。這種不確定性導(dǎo)致預(yù)警信號往往難以準(zhǔn)確反映煤巖體的實際破壞狀態(tài)，從而降低了預(yù)警的準(zhǔn)確性和可靠性。另一方面，現(xiàn)有方法無法有效預(yù)測煤巖破壞的具體位置和破壞模式。這限制了預(yù)警方法在工程實踐中的應(yīng)用效果，使得工程師難以根據(jù)預(yù)警信息采取有效的防范措施。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種基于聲發(fā)射實時統(tǒng)計分析的煤巖破壞預(yù)測方法、裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)中無法實時預(yù)警，以及預(yù)警信號釋放和最終破壞之間的時間差不確定的問題，實現(xiàn)了實時預(yù)警煤巖沖擊破壞，且精準(zhǔn)獲取了預(yù)警信號釋放與煤巖破壞之間的時間差。

2、本發(fā)明提供一種基于聲發(fā)射實時統(tǒng)計分析的煤巖破壞預(yù)測方法，包括如下步驟：

3、通過預(yù)實驗獲取預(yù)實驗數(shù)據(jù)，在正式試驗過程中根據(jù)所述預(yù)實驗數(shù)據(jù)對煤巖試樣進(jìn)行篩選；

4、基于篩選后的煤巖試樣，根據(jù)在煤巖試樣加載過程中記錄的聲發(fā)射信息確定b值；所述b值為聲發(fā)射信號的能量指數(shù)；

5、根據(jù)所述b值確定單位時間內(nèi)b值的變化率；

6、根據(jù)所述單位時間內(nèi)b值的變化率確定預(yù)警信號閾值，當(dāng)實測的單位時間內(nèi)b值的變化率超過所述預(yù)警信號閾值時釋放預(yù)警信號；

7、分析聲發(fā)射數(shù)據(jù)，確定大于第一能量閾值的大能量事件的位置，作為煤巖破壞位置高風(fēng)險點(diǎn)；確定小于第二能量閾值的小能量事件的位置，將連接所述大能量事件的聚集區(qū)且經(jīng)過所述小能量事件聚集區(qū)的面，作為破壞面。

8、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于聲發(fā)射實時統(tǒng)計分析的煤巖破壞預(yù)測方法，所述根據(jù)在煤巖試樣加載過程中記錄的聲發(fā)射信息確定b值，具體包括：在煤巖試樣加載過程中，實時記錄聲發(fā)射信號；根據(jù)時間步長或固定數(shù)量聲發(fā)射事件確定窗口大小，根據(jù)窗口大小確定滑動步長；獲取預(yù)設(shè)的聲發(fā)射幅值的區(qū)間數(shù)量；基于所述窗口大小和所述滑動步長對記錄的聲發(fā)射信號進(jìn)行統(tǒng)計分析，確定每個幅值區(qū)間內(nèi)的聲發(fā)射事件數(shù)量；根據(jù)每個幅值區(qū)間內(nèi)的聲發(fā)射事件數(shù)量對每個區(qū)間進(jìn)行線性擬合，根據(jù)擬合結(jié)果確定b值；根據(jù)統(tǒng)計分析結(jié)果，確定每個時間步長或每個固定數(shù)量聲發(fā)射事件對應(yīng)的b值。

9、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于聲發(fā)射實時統(tǒng)計分析的煤巖破壞預(yù)測方法，所述根據(jù)所述b值確定單位時間內(nèi)b值的變化率，具體包括：基于聲發(fā)射信號的統(tǒng)計分析，獲取單位時間內(nèi)的b值時間序列；對于所述b值時間序列中的每兩個相鄰b值，確定每兩個相鄰b值之間的變化量的絕對值；根據(jù)所述變化量的絕對值和每兩個相鄰b值之間的時間差確定單個b值變化斜率；將單位時間內(nèi)每個b值變化斜率絕對值之和確定為單位時間內(nèi)b值的變化率。

10、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于聲發(fā)射實時統(tǒng)計分析的煤巖破壞預(yù)測方法，所述根據(jù)所述單位時間內(nèi)b值的變化率確定預(yù)警信號閾值，當(dāng)實測的單位時間內(nèi)b值的變化率超過所述預(yù)警信號閾值時釋放預(yù)警信號，具體包括：對當(dāng)前時刻之前的所有時刻的單位時間內(nèi)b值的變化率取平均值，并在所述平均值上加x倍的當(dāng)前時刻之前的所有時刻的標(biāo)準(zhǔn)差，其中x為預(yù)設(shè)的常數(shù)，將得到的和作為預(yù)警信號閾值；當(dāng)實測的單位時間內(nèi)b值的變化率大于所述預(yù)警信號閾值時，釋放預(yù)警信號。

11、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于聲發(fā)射實時統(tǒng)計分析的煤巖破壞預(yù)測方法，所述確定大于第一能量閾值的大能量事件的位置，作為煤巖破壞位置高風(fēng)險點(diǎn)，具體包括：根據(jù)預(yù)實驗數(shù)據(jù)確定第一能量閾值；遍歷聲發(fā)射數(shù)據(jù)，篩選出能量大于所述第一能量閾值的大能量事件，并記錄所述大能量事件的定位信息；根據(jù)所述定位信息分析大能量事件的位置分布，確定所述大能量事件的聚集區(qū)域作為煤巖破壞位置的高風(fēng)險點(diǎn)。

12、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于聲發(fā)射實時統(tǒng)計分析的煤巖破壞預(yù)測方法，所述確定小于第二能量閾值的小能量事件的位置，將連接所述大能量事件的聚集區(qū)且經(jīng)過所述小能量事件聚集區(qū)的面，作為破壞面，具體包括：根據(jù)預(yù)實驗數(shù)據(jù)確定第二能量閾值；遍歷聲發(fā)射數(shù)據(jù)，篩選出能量小于所述第二能量閾值的小能量事件，并記錄所述小能量事件的位置信息；根據(jù)所述小能量事件的位置信息，確定所述小能量事件在煤巖試樣中的聚集區(qū)域；根據(jù)大能量事件和小能量事件的分布特征，將連接各個大能量事件的聚集區(qū)域且經(jīng)過小能量事件聚集區(qū)域的面確定為潛在的破壞面。

13、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于聲發(fā)射實時統(tǒng)計分析的煤巖破壞預(yù)測方法，所述根據(jù)每個幅值區(qū)間內(nèi)的聲發(fā)射事件數(shù)量對每個區(qū)間進(jìn)行線性擬合，根據(jù)擬合結(jié)果確定b值，具體包括：根據(jù)每個幅值區(qū)間內(nèi)的聲發(fā)射事件數(shù)量對每個區(qū)間進(jìn)行線性擬合，獲取線性擬合的擬合優(yōu)度；若所述擬合優(yōu)度大于預(yù)設(shè)擬合閾值，則將當(dāng)前時刻的線性擬合方程的斜率作為b值；若所述擬合優(yōu)度不大于所述預(yù)設(shè)擬合閾值，則調(diào)整擬合參數(shù)后重新進(jìn)行線性擬合，直至當(dāng)所述擬合優(yōu)度大于所述預(yù)設(shè)擬合閾值時，將當(dāng)前時刻的線性擬合方程的斜率作為b值。

14、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于聲發(fā)射實時統(tǒng)計分析的煤巖破壞預(yù)測方法，根據(jù)實測當(dāng)前時刻的單位時間內(nèi)b值的變化率大于所述預(yù)警信號閾值的次數(shù)確定相應(yīng)的預(yù)警等級；在預(yù)警狀態(tài)下，根據(jù)實測當(dāng)前時刻的單位時間內(nèi)b值的變化率連續(xù)超過預(yù)警信號閾值的單位時間數(shù)量，來確定預(yù)警等級的提升級數(shù)。

15、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于聲發(fā)射實時統(tǒng)計分析的煤巖破壞預(yù)測方法，所述通過預(yù)實驗獲取預(yù)實驗數(shù)據(jù)，在正式試驗過程中根據(jù)所述預(yù)實驗數(shù)據(jù)對煤巖試樣進(jìn)行篩選，具體包括：在預(yù)實驗過程中，隨機(jī)選擇多塊煤巖試樣進(jìn)行加載，獲取煤巖試樣的基本參數(shù)，并確定所述基本參數(shù)的統(tǒng)計量，生成預(yù)實驗數(shù)據(jù)；在正式試驗過程中獲取正式試驗數(shù)據(jù)，將所述正式試驗數(shù)據(jù)與所述預(yù)實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比后，篩選出有效煤巖試樣。

16、本發(fā)明還提供一種基于聲發(fā)射實時統(tǒng)計分析的煤巖破壞預(yù)測裝置，包括如下模塊：

17、煤巖試樣篩選模塊，用于通過預(yù)實驗獲取預(yù)實驗數(shù)據(jù)，在正式試驗過程中根據(jù)所述預(yù)實驗數(shù)據(jù)對煤巖試樣進(jìn)行篩選；

18、b值確定模塊，用于基于篩選后的煤巖試樣，根據(jù)在煤巖試樣加載過程中記錄的聲發(fā)射信息確定b值；所述b值為聲發(fā)射信號的能量指數(shù)；

19、b值變化率獲取模塊，用于根據(jù)所述b值確定單位時間內(nèi)b值的變化率；

20、預(yù)警信號閾值與釋放模塊，用于根據(jù)所述單位時間內(nèi)b值的變化率確定預(yù)警信號閾值，當(dāng)實測的單位時間內(nèi)b值的變化率超過所述預(yù)警信號閾值時釋放預(yù)警信號；

21、煤巖破壞高風(fēng)險點(diǎn)確定模塊，用于分析聲發(fā)射數(shù)據(jù)，確定大于第一能量閾值的大能量事件的位置，作為煤巖破壞位置高風(fēng)險點(diǎn)；確定小于第二能量閾值的小能量事件的位置，將連接所述大能量事件的聚集區(qū)且經(jīng)過所述小能量事件聚集區(qū)的面，作為破壞面。

22、本發(fā)明還提供一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運(yùn)行的計算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機(jī)程序時實現(xiàn)如上述任一種所述基于聲發(fā)射實時統(tǒng)計分析的煤巖破壞預(yù)測方法。

23、本發(fā)明還提供一種非暫態(tài)計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機(jī)程序，該計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如上述任一種所述基于聲發(fā)射實時統(tǒng)計分析的煤巖破壞預(yù)測方法。

24、本發(fā)明還提供一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計算機(jī)程序，所述計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如上述任一種所述基于聲發(fā)射實時統(tǒng)計分析的煤巖破壞預(yù)測方法。

25、本發(fā)明提供的一種基于聲發(fā)射實時統(tǒng)計分析的煤巖破壞預(yù)測方法、裝置，包括以下有益效果：通過實時統(tǒng)計分析單位時間聲發(fā)射b值變化率，建立了閾值來決定預(yù)警信號釋放時機(jī)，確保了預(yù)警信號釋放時刻與煤巖破壞時刻之間的時間差相對固定，提高了預(yù)警的準(zhǔn)確性。在預(yù)警信號釋放時刻，煤巖承受載荷與煤巖所能承受的極限載荷之間滿足特定函數(shù)關(guān)系，使得預(yù)警信號更具實際意義，能夠為后續(xù)的災(zāi)害防治措施提供有力依據(jù)。通過分析預(yù)警之后的聲發(fā)射定位數(shù)據(jù)，找出其中大能量事件位置作為煤巖破壞位置高風(fēng)險點(diǎn)，并分析與大能量事件穿插捕捉到的小能量事件定位信息獲得破壞面，能夠?qū)崿F(xiàn)煤巖破壞位置的精確預(yù)測，為災(zāi)害防治提供了重要的參考信息。