[發明專利]一種基于太赫茲時域光譜的煤巖判別方法

有效

• 申請號: 201810404583.2
• 申請日: 2018-04-28
• 公開（公告）號: CN108279217B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 王昕;董愛民;陳超;杜露
• 申請（專利權）人: 江蘇建筑職業技術學院
• 主分類號: G01N21/3586
• 分類號: G01N21/3586
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

本發明公開了一種基于太赫茲時域光譜的煤炭灰分判別方法。尤其適用于采煤機自主調高和智能化開采技術領域使用。制作純煤樣品和不同比例煤巖混合樣品若干，采用太赫茲時域光譜儀采集參考信號和不同灰分煤的太赫茲時域光譜；利用快速傅里葉變換將煤太赫茲時域光譜轉換成頻域光譜；從太赫茲頻域光譜中提取出煤的吸收光譜；利用PCA對吸收光譜數據進行降維，隨后利用非線性擬合對處理后的煤光譜進行建模，確立煤炭種類、煤中灰分和其太赫茲吸收光譜的關系曲線，構建基于太赫茲光譜的煤炭灰分模型，從而實現基于太赫茲光譜技術的煤炭灰分判別。其步驟簡單，識別效率高，識別準確，實現采煤機的截割狀態的準確識別，自動控制采煤機滾筒調高。

技術領域

本發明涉及一種基于太赫茲時域光譜的煤炭灰分判別方法，尤其適用于采煤機自主調高和智能化開采技術領域使用。

背景技術

煤的灰分含量是煤工業分析中的一項重要指標，煤中灰分的含量直接影響了煤的發熱量和煤質，也影響了商品煤的售價。傳統的灰分分析方法為燃燒法即判別燃燒后煤中的殘余部分，這是一種離線的檢測方法，無法滿足日常生產和當前的工業生產需求。此外，由于煤中的灰分也來自與矸石和巖層，因此準確的識別出煤中的灰分，也可以對煤巖界面識別和采煤機滾筒調高起到重要的指導意義。

為了解決上述問題，提出了一種基于太赫茲譜的煤炭灰分判別方法。由于太赫茲是一個比較特殊的頻段，其太赫茲光子能級和許多電介質以及材料的振動能級相當，因此當太赫茲波照射煤巖后其光子能量會被吸收，其光強將會產生變化從而形成太赫茲光譜，通過研究太赫茲光譜將能獲取檢測物質的物理信息(如吸收光譜)，理論實驗表明煤中灰分含量的變化會導致其太赫茲吸收譜產生變化，且灰分含量是導致其變化的主要因素，因此可以用太赫茲吸收光譜表征煤炭中的灰分含量。

相對于其它的光譜技術，太赫茲光譜可以直接得到電場的相位，而不需要利用Kramers-Kronig方程求解相位角，極大的減少了計算量和復雜度。因此該方法是一種較新穎的研究方法，且展現出了巨大的潛力。

然而與其它的標準物質不同，煤巖介質在太赫茲頻段沒有吸收峰，這也表明煤和巖的組成成分復雜且沒有主導吸收的物質，直接使用太赫茲吸收光譜進行煤炭灰分研究得到的結果并不理想。此外，研究表明礦井中煤和巖的賦存條件、地質情況、成分變化等因素都會導致太赫茲光譜產生變化。

發明內容

針對上述技術問題，提供一種步驟簡單，使用方便，效率高，判別效果好的基于太赫茲時域光譜的煤巖識別方法。

為實現上述技術目的，本發明的基于太赫茲時域光譜的煤炭灰分判別方法，其特征在于包括如下步驟：

a.挑選不同品種的煤，利用挑選出的煤加入純巖樣制作不同灰分煤樣品，利用太赫茲時域光譜儀為對空氣直接檢測得到無樣本時的信號作為參考信號，再利用太赫茲時域光譜儀采集所有煤樣品的太赫茲時域光譜數據并分類存儲起來，無樣本時的信號為對空氣直接檢測得到的信號，所述的太赫茲時域光譜數據有200維，并將所有煤樣品按照中國煤炭分類標準分成：無煙煤、煙煤、褐煤幾類；

b.利用快速傅里葉變換將所有煤樣品的太赫茲時域光譜轉換為太赫茲頻域光譜；從所有轉換后的太赫茲頻域光譜中提取吸收光譜，并對吸收光譜數據進行平滑和加窗預處理，選取數據噪聲超過1THz以上的煤樣品吸收光譜，將選取的煤樣品吸收光譜中0.4-1.0THz頻段光譜數據作為優選的吸收光譜；

c.將所有煤樣品，包括不同灰分煤樣品和純煤樣品的0.4-1.0THz頻段吸收光譜進行標注分類從而生成不同灰分煤樣品和純煤樣品的煤光譜數據庫，利用主成分分析/PCA技術對煤光譜數據庫中的所有數據進行降維和特征提取，使獲得的太赫茲時域光譜數據從200維降到了20維；

d.利用非線性擬合法對所有降維后的0.4-1.0THz頻段吸收光譜進行建模，根據所有煤樣品的三類信息：煤炭種類、煤中灰分和其太赫茲吸收光譜確立三類信息的關系曲線，從而構建基于太赫茲光譜的煤炭灰分模型；