花岗岩劈裂破坏电磁-震动有效信号重构与混沌特征

作     者：宋大钊 童永军 邱黎明 韦梦菡 王满 郭明功 SONG Dazhao;TONG Yongjun;QIU Liming;WEI Menghan;WANG Man;GUO Minggong

作者机构：北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 炼焦煤资源绿色开发全国重点实验室河南平顶山467036 平顶山天安煤业股份有限公司河南平顶山467036 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2024年第49卷第3期

页      面：1375-1387页

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 0708[理学-地球物理学] 0701[理学-数学] 

基　　金：国家自然科学基金国家重大科研仪器研制资助项目(52327804) 

主　　题：电磁-震动信号 信号重构 经验模态分解 混沌分析 分形维数 

摘      要：电磁辐射、震动监测技术广泛应用于地下工程动力灾害的监测预警,对地下工程的安全高效开发具重要意义。深入研究电磁-震动信号有助于推动岩体监测预警技术的发展,然而当前电磁辐射和震动信号(电磁-震动)分析主要集中于信号的相关性和时频特征,对于花岗岩破裂电磁-震动信号的非线性动力特征研究较少,相关特征尚未明确。基于此,利用经验模态信号(EMD)重构和分形理论相结合的方法,分析了花岗岩劈裂破坏电磁-震动信号的混沌特征,揭示了电磁-震动信号非线性动力特征。研究结果表明:花岗岩劈裂破坏产生的电磁辐射与震动信号在时间上具有较好的一致性,劈裂破坏产生的电磁-震动信号频谱集中在中低频段;花岗岩破坏有效电磁辐射信号的盒维数D_(E)=1.600 6,有效震动信号的盒维数D_(A)=1.594 8,两者频率结构特征高度相似;利用EMD分解重构方法可以获得花岗岩破裂有效电磁辐射与震动信号,使用EMD分解重构去除了高频存在的干扰对花岗岩破裂电磁-震动信号中的混沌特征描述更为精准。有效电磁辐射与震动信号包含的低频、大能量信号比原始信号更多,更能表征微小裂纹扩展;重构后电磁-震动信号的不均匀度相较于初始信号整体有明显的上升,不同能量信号出现的频率关系整体出现下降,重构后的有效电磁-震动信号以低频、大能量信号为主,但震动信号的不均匀程度大于电磁辐射。