[發明專利]承載煤巖破裂的紅外輻射監測預警方法

有效

• 申請號: 201910618496.1
• 申請日: 2019-07-10
• 公開（公告）號: CN110411572B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 馬立強;劉偉;孫海;張東升;來興平;曹克旺;楊杰
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00;G01N25/72
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 姜慧勤

本發明公開了承載煤巖破裂的紅外輻射監測預警方法，該方法基于承載煤巖內部破裂會導致其表面紅外輻射溫度突變的特點，采集承載煤巖損傷破裂過程中的紅外輻射信息，確定承載煤巖因微元破裂而產生紅外輻射突變的溫度幅值區間，統計承載煤巖紅外輻射突變點的溫度?頻數分布關系，計算紅外輻射特征值，并對紅外輻射特征值取倒數，基于紅外輻射特征值倒數對承載煤巖損傷破裂進行監測預警。本發明方法實現了對承載煤巖損傷破裂尺度的評價，對提升礦井安全生產水平有重要意義。

技術領域

本發明涉及承載煤巖破裂的紅外輻射監測預警方法，屬于礦山煤巖體破裂失穩的監測預警技術領域。

背景技術

承載煤巖損傷破裂會導致礦井沖擊礦壓、遺留煤柱坍塌、頂板垮落和突水等災害，造成嚴重的人員傷亡與經濟損失。煤巖損傷破裂過程伴隨著內部微裂紋、微孔洞等缺陷的擴展、成核，最終形成宏觀裂紋，導致煤巖失去承載能力。這種微缺陷由無序向有序發展的過程是煤巖表面紅外輻射變化的根本原因。因此，紅外輻射觀測作為一種無損遙感探測技術，是對煤巖損傷破裂進行監測預警的便捷、有效手段。目前采用紅外輻射監測煤巖破裂的方法是通過紅外輻射特征的異常現象判斷其是否破裂，無法有效反應煤巖的破裂尺度，不能準確判斷煤巖的破裂狀態。因此，研究一種能有效反應煤巖破裂尺度的監測預警指標是目前亟需解決的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供承載煤巖破裂的紅外輻射監測預警方法，通過觀測煤巖表面紅外輻射信息，判斷煤巖破裂尺度，實現煤巖損傷破裂監測預警。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

承載煤巖破裂的紅外輻射監測預警方法，包括如下步驟：

步驟1，采集承載煤巖損傷破裂過程中的紅外輻射信息以及參照煤巖的紅外輻射信息，并對紅外輻射信息進行中值和高斯濾波處理，去除噪聲干擾，得到參照煤巖和承載煤巖各自對應的原始紅外輻射溫度矩陣；

步驟2，對參照煤巖和承載煤巖各自對應的原始紅外輻射溫度矩陣分別進行前向一階差分處理，并取絕對值，得到參照煤巖和承載煤巖各自對應的紅外輻射變溫矩陣；

步驟3，確定承載煤巖產生紅外輻射突變的溫度幅值區間，計算參照煤巖紅外輻射變溫矩陣中所有元素的平均值，將該平均值作為溫度幅值區間的最小值，將承載煤巖紅外輻射變溫矩陣中所有元素的最大值作為溫度幅值區間的最大值；

步驟4，在第p幀對應的溫度幅值區間[Min(p),Max(p)]中，以Min(p)為起始溫度，以0.01℃為溫度間隔，統計紅外輻射突變點T_p的頻數N_p(T_p)，得到承載煤巖紅外輻射變溫矩陣中紅外輻射突變點的溫度-頻數分布，T_p∈[Min(p),Max(p)]，T_p＝Min(p)+0.01×s，s∈[0,a]，且s為整數，Min(p)為第p幀溫度幅值區間的最小值，Max(p)為第p幀溫度幅值區間的最大值；

步驟5，對紅外輻射突變點的頻數N_p(T_p)進行對數運算，得到紅外輻射突變點的溫度-對數頻數，根據紅外輻射突變點的溫度-對數頻數求得第p幀對應的紅外輻射特征值；

步驟6，對第p幀對應的紅外輻射特征值取倒數，得到所有幀紅外輻射特征值倒數，求取所有幀紅外輻射特征值倒數的平均值和最小值，并用平均值的2倍減去最小值，將所得值作為判定承載煤巖紅外輻射特征值倒數發生突變的閾值，將紅外輻射特征值倒數超過該閾值的時刻，作為承載煤巖發生破裂的時刻。

作為本發明的一種優選方案，步驟2所述紅外輻射變溫矩陣的計算公式為：