基于PCA-DBSCAN的煤岩复合体初步损伤检测与岩爆预警

《International Journal of Mining Science and Technology》：Preliminary damage detection and rockburst early warning for coal-rock composite based on PCA-DBSCAN

　　

费武|永瑞李|冯远李|硕高|庆哲崔|春峰叶|存宝李

摘要

在深部采矿过程中，岩爆频繁发生。这些现象属于煤岩复合体（CRC）的灾难性破坏；然而，识别其前兆信号仍然具有挑战性。本研究提出了一种基于主成分分析（PCA）和密度的空间聚类方法，并结合噪声检测算法（DBSCAN），用于煤岩复合体的预警时间分析。研究人员对具有四种不同顶板岩性的煤岩复合体进行了传统的单轴和循环加载-卸载试验。PCA用于减少多个声发射（AE）参数之间的冗余信息，而DBSCAN则用于在简化后的特征空间中对声发射数据进行处理，以便后续进行预警时间分析。实验结果表明，在破坏发生前，轴向应变率会出现一个拐点，这可能反映了复合体在临界状态附近的变形状态发生变化。声发射信号的演变过程呈现出明显的阶段性特征：在破坏临近时，声发射次数和能量均急剧增加。PCA-DBSCAN辅助的工作流程能够识别出不同的预警相关模式：煤体内的响应更为分散且出现得更早，而顶板岩中的响应则更为集中，且更接近破坏时刻。该工作流程为组织相关的声发射数据以及对比分析煤体和顶板岩中的预警演变过程提供了结构化的基础。值得注意的是，预警时间受到顶板岩性的影响，在煤体中的预警时间通常比在顶板岩中更早出现。这些发现为在不同岩性条件下对煤岩复合体进行预警分析提供了实验室规模的依据。