基于HHT法的煤冲击破坏低频电磁信号去噪

针对煤冲击破坏低频磁场信号的高噪声、非线性、非平稳等特征,将HHT时频分析方法引入到低频磁场信号的时频分析中,介绍了HHT时频分析方法及原理,利用该方法对煤冲击破坏低频磁场信号进行去噪分析和时频处理。研究结果表明:EMD分解重构不但可对信号进行去噪处理,还能很好地刻画出低频电磁信号的非线性、非平稳性及脉冲特性;低频磁场信号的频谱图可清晰表示出能量随时间和频率的动态变化,从频谱图中得出,低频磁场信号的优势频率在0~40Hz之间,其持续时间小于2s;与傅里叶变换和小波分析相比,HHT分析方法的时间、频率分辨率较高,有完全的时频局部性,可很好地描述电磁信号的时变特征,是电磁信号时频分析的有效方法。     

基于SHPB动载过程的煤岩冲击破坏特征试验研究

为充分探讨冲击动载条件下的煤岩破坏特征,进一步明确煤岩系统破坏失稳机理,利用SHPB动载系统对煤岩试件进行不同速度的冲击破坏,并收集碎块进行了筛分试验。研究结果表明,冲击加载速度和介质物理性质共同决定了煤岩试件的碎块粒径分布。随着冲击加载速度的增加,煤岩破坏程度随之增大,破碎体数量显著增多,破碎体块度相应减小;在相近的冲击加载速度下,介质物理性质则成为决定顶、底板岩层碎块分布规律的主导因素。当超声波波速基本持平时,冲击速度决定了煤层试件碎块的集中分布区域。当冲击速度为6m/s以上时,煤层碎块主要集中在Ⅱ区域,累计质量百分比曲线上升幅度可达到52%;当冲击速度为6 m/s以下时,碎块主要集中在Ⅲ区域,曲线上升幅度达到61%。研究成果有助于揭示煤岩破坏机理,丰富煤岩动力灾害防治理论。     

基于局部放电法的矿用高压电缆信号去噪算法研究

干扰噪声直接影响局部放电法有效检测矿用高压电缆故障。基于局部放电法,综合采用理论计算、仿真实验、现场试验的方法,对比分析了短时傅里叶变换和傅里叶分析去噪法的原理和优缺点,提出了一种矿用高压电缆的局部放电去噪算法——小波阈值去噪法,同时,选择了合理的阈值函数和去噪流程。基于此,采用白噪声和连续周期信号作为高压电缆的干扰噪声,进行了模拟仿真实验。结果表明,小波阈值去噪法可有效抑制白噪声,其中,Db2小波性能和去噪效果最好;同时,现场试验结果显示,去噪后信噪比得到了显著增加,验证了小波阈值去噪法的合理性和可靠性。     

基于小波变换阈值方法的地震信号去噪研究

提高地震信号的信噪比,对地震勘探数据的处理具有非常重大的意义。小波变换能把信号分解在多个尺度上,不同尺度上的小波变换系数代表原信号在不同分辨率上的信息。地震能量主要集中在信号的低频段,利用信号在不同的尺度上进行小波分解,可以进行地震信号的去噪处理。     

基于小波变换的矿震信号去噪方法研究与应用

从小波变换的基本原理出发,对实际矿震信号进行了去噪处理,通过用傅里叶变换和小波变换对北京木城涧煤矿实际矿震信号去噪效果分析,小波变换在对非平稳的矿震信号去噪方面有着傅里叶分析不可比拟的优点。并探索了不同的小波基和阈值选取准则以及分解尺度对矿震信号去噪结果的影响。     

基于改进小波阈值算法的矿用钢丝绳损伤检测信号去噪方法

在矿用钢丝绳损伤检测中,信号去噪对损伤检测信号特征提取与定量识别的准确性有着直接的影响。针对小波阈值算法在钢丝绳损伤检测信号去噪中的应用,在Donoho的软、硬阈值去噪方法的基础上,提出一种改进的小波阈值算法,该算法解决了硬阈值去噪效果不佳与软阈值过度光滑导致信号失真的难题,完整地保留了钢丝绳检测信号中的小奇异信号,去噪效果明显优于传统的阈值去噪方法。     

基于固有时间尺度分解算法的微震信号去噪

针对微震信号的非平稳宽频带特征,采用环境噪声层相关阈值,基于固有时间尺度分解(ITD),建立了一种高效的去噪算法。与小波变换为基础的去噪对比结果表明,ITD算法去噪彻底,去噪波形与原始波形峰值位置精确一致、到时突变细节保留完整,适用于对初至波到时精确拾取和判断。     

基于变分模态分解的爆破振动信号去噪方法研究

为对爆破的振动信号进行有效去噪,提出了一种基于窗口傅里叶变换的自适应双重变分模态分解-小波阈值(Adaptive dual variational mode decomposition-Wavelet threshold,ADVMD-WT)组合方法对爆破临近地区采集的振动信号进行去噪处理。首先利用VMD算法对振动信号进行第一次分解,分解层数根据窗口傅里叶变换频谱图中的波峰个数来确定,基于各个分量的相关系数识别出高频的噪声分量;然后对剩余信号分量逐个进行第二次分解,重复第一次分解的步骤,分离出各个低频分量中含有的噪声信号;针对噪声分量中仍含有少量有用信号,对噪声分量进行小波阈值去噪,获取有用信号;最后重构信号分量得到ADVMD-WT方法去噪后的信号。将ADVMD与其它去噪方法相比,并从信噪比、均方根误差2个评价指标验证了ADVMD方法在爆破振动信号去噪中的有效性。     

煤体冲击破坏超低频/极低频电磁异常特征分析

为确定煤体冲击破坏过程中是否产生超低频/极低频电磁信号,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)实验系统和ZDKT-1型瞬变磁振测试系统,研究不同冲击速度下煤体破裂电磁信号变化规律。通过分析电磁异常信号的Hilbert时频谱特征,确定煤体冲击破坏下的超低频/极低频电磁效应,研究不同冲击速度下电磁信号能量和冲击耗散能之间的关系。结果表明:煤材料在冲击破坏过程中能产生超低频/极低频电磁信号,信号主频在0~30 Hz;电磁信号幅值和冲击速度呈现正线性相关,电磁信号能量和冲击速度为二次多项式关系,冲击耗散能和电磁能增长趋势基本相同,超低频/极低频电磁信号强度可间接反映煤体内部损伤的程度。     

煤岩冲击变形破坏特性及其本构模型

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)实验系统对不同冲击速度下煤岩试样应变率变化规律、动态力学特性及其变形破坏特征进行了测试,探讨了煤岩动态力学本构模型。实验结果表明,煤岩试样的加载应变率与冲击速度整体上呈正相关关系,且不同冲击速度下煤岩试样的力学响应特征均具有分段性,可根据响应特征的差异将煤(岩)试样在低-中-高冲击速度下的变形依次划分为压密变形、塑性变形、塑性软化(硬化)变形3种类型;煤岩试样的破坏特征均具有明显的应变率相关性,在低冲击速度下,试样均呈脆性破坏形式,随着冲击速度的增加,试样的延性破坏特征逐渐显现。在分析煤岩试样应力-应变本构关系及动态破坏特征的基础上建立了包含低-中-高应变率响应的粘弹性损伤本构模型,应用结果表明,与实测曲线相比模型拟合曲线拟合精度高,验证了所建模型的有效性与合理性。     

基于消噪处理岩石声发射信号到达时间的识别方法

在岩石声发射源时差定位的研究中,信号到达时间是重要信息。岩石声发射信号复杂,含有大量脉冲干扰与随机噪声,到达时间可读性差。针对以上问题,首先对原始声发射信号进行中值滤波和奇异值分解,消除部分脉冲干扰与随机噪声;其次进行小波包分解软阈值消噪,保留信号的主要成分,提高信噪比,增强到达时间的可读性;最后结合信号与噪声的时间序列模型(AutoRegressive,AR模型),第1次计算赤池信息量准则的K值(Akaike Information Criterion,AIC(K)值),获得到达时间窗口,在该窗口内第2次计算AIC(K)值,实现了到达时间的自动识别,避免了在整个信号序列下计算AR模型的阶数与次数。     

冲击荷载作用下含水泥质粉砂岩的损伤规律研究

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,对泥质粉砂岩进行了不同含水状态下的动态力学性能试验,分析了含水率变化对泥质粉砂岩动力特性的影响,并基于连续损伤理论及统计强度理论建立了泥质粉砂岩的动态损伤力学模型,得到了相应的损伤演化规律。研究结果表明,采用基于Weibull分布建立的动态时效损伤模型,其理论拟合曲线与实测曲线具有较好的一致性,损伤参数F0与弹性模量及冲击速度有一定的相关性,弹性模量越大,损伤参数F0也越大,含水率的变化对岩石动力特性具有较大的影响。     

改进粒子群优化小波阈值的矿用钢丝绳损伤信号处理方法研究

为有效提取矿用钢丝绳损伤信号的特征值,采取小波分析对损伤信号去噪。针对损伤信号中存在小奇异点的特性,对小波分析中的阈值获取和阈值函数选取两方面改进。首先利用粒子群算法优化经验值,并基于Birge-Massart策略获取阈值。提出一种改进的小波阈值函数算法。该函数加入了可调变量,改善了已有软、硬阈值函数去噪中的不足点,通过仿真实验的信号结果和信噪比(SNR)对比几种阈值函数去噪算法,最终得出,采用优化经验值并改进小波域值函数的去噪算法相比于其他方法,更能完整保留原始信号,去噪效果好。     

西北人工冻结红砂岩的动态时效损伤模型

为了研究西北人工冻结红砂岩的动态力学特性,采用SHPB试验装置对-15 ℃红砂岩进行单轴冲击压缩试验。对SHPB试验中5组有效数据展开分析,得到了5条不同应变率下的动态应力应变曲线。基于损伤演化及元件模型理论,将冻结红砂岩视为由具有弹性特性、损伤特性、塑性特性及黏滞特性的非均匀质点组成,建立了包含损伤体元件、黏壶及弹簧的时效损伤模型。〖JP2〗研究发现:试件强度与平均应变率呈指数相关,当试件平均应变率较小时,试件的强度变化平缓,在高平均应变率下,试件强度急剧增大,当平均应变率为120.73 s-1时,应力峰值高达84.96 MPa,接近静态抗压强度44.1 MPa的2倍;时效损伤模型较好地反映了在一定范围内的冻结红砂岩应力应变关系。     

冲击载荷下三轴煤体动力学分析及损伤本构方程

为研究冲击载荷下三轴煤体的动力学特征,建立了三轴分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,开展了轴向静载、围压和冲击载荷随机组合的动态冲击试验,研究了三轴煤体在冲击载荷下的动力学特性。实验结果表明:冲击载荷下三轴煤体动态应力应变曲线无压密阶段,轴向预静载有助于使煤体原生裂隙闭合,初始加载就表现出完整弹性体的特征;当应力达到峰值强度的60%～85%阶段时,应力应变曲线呈现"跃进"现象,可能与碳在晶体微破裂中的作用有关;当应力超过煤体动态强度,试样破坏,应力降低。冲击载荷下三轴煤体动态强度和破坏应变与平均应变率高度线性相关,应变率效应明显,应变率效应使得不同轴向静载、围压和冲击载荷因素对煤体动态强度和破坏应变的影响具有可比性。基于岩石力学强度理论和统计损伤理论,建立了冲击载荷下三轴煤体动态损伤本构模型,该模型综合考虑了轴向静载、围压和冲击载荷等因素,明确地反映了3种因素对煤体动力学特征的影响,轴向静载会劣化煤体,造成动态强度降低,围压和冲击载荷有助于提高煤体的动态强度,理论模型反映的特征与试验结果相吻合,并通过建立的本构模型和试验应力应变数据拟合了理论应力应变曲线,其与试验应力应变曲线基本重合,且应变率越高,一致性越好。     

煤仓清堵空气炮瞬态冲击试验研究

采用LabVIEW软件以及NI PCI-6014数据采集卡等设备,实现了空气炮冲击力测试系统的数据采集和处理。并通过对不同充气压力下空气炮的喷爆情况进行试验研究,得出了空气炮喷爆达到最大冲量时的充气参数,该试验系统运行可靠,易于搭建,对于煤矿空气炮的选用有重要的指导意义。     

预裂辅助冲击截齿的破煤特性

近年来我国煤炭资源持续性大规模开采,如今国内的整体煤炭开采难度与日俱增,硬质煤层和黏性煤层的比例增加是制约煤炭开采效率的主要因素,而传统机械破煤技术很难实现硬煤、黏煤的高效截割。因此针对传统截齿在硬质和黏性煤岩破煤效果不佳的问题,从煤壁辅助预裂与截割相结合的角度出发,利用理论分析和数值模拟的方法研究了冲击预裂与截齿截割煤岩破碎特性,在综合考虑实际工作中的牵引、回转与冲击运动,提出了截齿运动轨迹模型,建立了预裂辅助冲击截齿的破煤轨迹数学模型,得到了截齿破煤运动轨迹的解析解。并根据分析结果建立了预裂辅助冲击截齿与传统截齿的单截齿滚筒破煤离散元模型,从破煤颗粒实际占比、破煤难易程度、截齿受力波动等角度对两种截齿的破煤特性进行了对比分析。研究结果表明:在破煤颗粒实际占比上,预裂辅助冲击截齿在煤体硬度同为f6时提高了31%,当黏度黏聚力为2.6 MPa时预裂辅助冲击截齿的效率提升接近14%;在破煤难易程度上,预裂辅助冲击截齿在硬度值为f6时可降低50%的破煤难度,当黏度黏聚力为1.88 MPa时,预裂辅助冲击截齿可降低约12%的难度;在截齿受力波动上,预裂辅助冲击截齿在硬质煤或黏性煤均能够减小近7 000 N的力,因此,开展预裂辅助冲击截齿的研究,将有利于破碎硬质和黏性等特殊煤岩介质。