基于多尺度多重分形法的煤岩破坏电位信号特征研究

摘要

煤岩变形破坏诱发的表面电位信号包含损伤演化的关键信息,在煤岩动力灾害监测领域得到广泛研究,但大多是在单一时间维度对电位时序信号的波动特征进行研究,对时序信号的非线性、多尺度特征变化规律缺乏深入研究。针对该问题,搭建了煤岩破坏电位监测系统,同步测试了原煤和辉长岩2种试样的电位时序信号,并通过多尺度多重分形(MMA)法,深入研究了多尺度下的电位信号非线性特征,得到了电位时序信号的奇异性指数、奇异维数、局部赫斯特指数等参数,并采用L2范数对赫斯特曲面予以量化。实验结果表明:原煤和辉长岩的总体电位信号都呈现出多尺度多重分形特征,且裂纹萌生前后的电位多重分形图谱呈现一定差异性;相较于辉长岩,煤样在加载前后阶段不同位置处电位信号的奇异性指数差异Δα正负趋势呈现不同特征,表明了煤样具有更强的非线性演化特征;多尺度下局部赫斯特指数的L2范数更好地体现出试样不同通道电位信号间的长程相关性,并能够量化试样电位时序信号的非线性演化特征,进而实现煤岩失稳破坏预测。