Обработка акустического сигнала ведется на шахтном участке прогноза в реальном времени в течении одного цикла подвигания забоя.
В результате обработки акустического сигнала получается линейчатый спектр (рис. 1). Перевод АЧС в табличную форму выполняется по дополнительной программе на персональном компьютере.
Рис. 1 – Акустический линейчатый амплитудно-частотный спектр, зарегистрированный 27.02.03 в условиях шахты им. К.А. Румянцева в щитовом забое на участке 42 пл. m3
Исходными данными являются амплитудно-частотные линейчатые спектры, а к анализу принимаются получаемые на их основе путем осреднения частот по логарифмической шкале – третьоктавные спектры (рис. 2).
Рис. 2 – Акустический третьоктавный амплитудно-частотный спектр, получаемый
на основе линейчатого, зарегистрированного 27.02.03 в условиях шахты им. К.А. Румянцева
в щитовом забое на участке 42 пл. m3
Анализ характеристик третьоктавных спектров методом дисперсионного анализа позволил установить, что наиболее значимыми из них являются характеристики, которые могут служить в качестве прогностических параметров (табл. 1).
Таблица 1 – Характеристики амплитудно-частотных спектров, используемые при прогнозе опасности по внезапным выдавливаниям угля
№НазваниеОбозначение,
единица
измерения
Формула расчёта12351Относительный размах резонансного пика.Rотн.,
отн. ед.
Rотн.=Rp/(70–20)*100,
Rp=R-p+R+p, R-p=Fp+F-p,
R+p=F+p+Fp,
Линейная характеристика амплитудно-частотного спектра, оценивающая мощность расслоения угольного массива по нормали к напластованию на расстоянии более чем 3 м от кровли пласта.2Отношение площадей слева и справа от резонансного пика.Sотн.р.,
отн. ед.
Sотн.р.=S-p+S+pИнтегральная характеристика амплитудно-частотного спектра, оценивающая энергетическую асимметрию мощности расслоения относительно точки его максимальной интенсивности.3Относительная амплитуда резонансного пика.AотнОтн. ед.Aотн=Sотн/Rотн
Sотн=Sp/Sо, Sp=S-p+S+p
Sо – общая площадь.
Линейно-интегральная характеристика амплитудно-частотного спектра, оценивающая интенсивность развивающегося расслоения.4Относительная амплитуда высокочастотной области спектра.Aотн+рОтн. ед.Aотн+р=Sотн+р/Rотн+р
Sотн=S+p/Sо, Rотн+p=R+p/Rp
Линейно-интегральная характеристика, оценивающая интенсивность развивающегося расслоения в сторону кровли от точки его максимума.5Абсолютная частота точки максимальной интенсивности расслоения
(резонансный пик).
FpкГцАбсолютная характеристика амплитудно-частотного линейчатого спектра, оценивающая пространственное положение максимального расслоения в толще пород по нормали к кровле пласта.Примечание. Обозначения приведены на рис. 3.
По результатам исследований акустического сигнала при работе выемочных механизмов была получена базовая выборка, включающая 58 случаев при наличии внезапных выдавливаний угля и их отсутствии. Отдельно для крутого и пологого падения на этой выборке методом дискриминантного анализа [5] были получены обобщенные показатели опасности по внезапным выдавливаниям угля в виде простых классифицирующих функций { Ф0, Ф1}.
Рис. 3 – Схема линейчатого спектра с выводом основных обозначений опорных точек математической обработки
Дискриминантная модель [6] прогноза опасности по внезапным выдавливаниям угля для пластов крутого падения может быть представлена следующей системой уравнений:
(3)
и изображена графически (рис. 4).
Рис. 4 – Графический вид дискриминантной классифицирующей модели