[發明專利]一種基于氫鍵破裂的煤巖介質識別系統及識別方法

有效

• 申請號: 202010434369.9
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111579501B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 田瑩;張強
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25;G01N21/84;G01N1/28
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李珉

1.一種基于氫鍵破裂的煤巖介質識別系統，包括試驗樣品制備裝置、煤巖介質特征參數提取模塊、光譜特征提取分析模塊、氫鍵斷裂檢測模塊及煤巖介質識別模塊；所述試驗樣品制備裝置通過設置不同沖擊載荷、沖擊高度、沖擊次數和沖擊頻率，得到基于不同沖擊參數的煤巖試驗樣品；所述煤巖介質特征參數提取模塊采集煤巖試驗樣品的圖像，并通過圖像特征提取方法，對煤巖介質圖像的特征參數進行提取；所述光譜特征提取分析模塊采集煤巖試驗樣品的光譜信息，并對煤巖試驗樣品光譜信息進行預處理后提取光譜特征參數；所述氫鍵斷裂檢測模塊基于光譜特征參數完成對煤巖試驗樣品氫鍵斷裂強度的判斷；所述煤巖介質識別模塊基于氫鍵斷裂強度數據得出煤巖介質圖像特征參數與氫鍵斷裂強度匹配規則，建立煤巖氫鍵斷裂強度與煤巖介質圖像特征參數模糊集匹配數據庫與規則庫，完成基于氫鍵斷裂強度分析的煤巖介質識別。

2.根據權利要求1所述的一種基于氫鍵破裂的煤巖介質識別系統，其特征在于：所述試驗樣品制備裝置包括沖擊重塊、側擋板、底錘裝置、底座、原煤巖材料、重錘高度標度尺、電源線、沖擊參數控制平臺、彈簧加載鏈、應變片、鋼絲鉸繩提升釋放裝置、液壓加載油缸和數據信號傳輸線路；所述沖擊重塊和底錘裝置配套工作，通過鋼絲鉸繩提升釋放裝置對沖擊重塊進行提升釋放，完成對原煤巖材料施加外沖擊；所述彈簧加載鏈安裝聯結于底錘裝置和側擋板之間，所述應變片安裝于彈簧加載鏈表面，兩者配合工作相當于載荷測量裝置，用于測量原煤巖材料受到的沖擊載荷；所述沖擊參數控制平臺通過數據信號傳輸線路設置不同沖擊載荷、沖擊高度、沖擊次數、沖擊頻率這些沖擊參數，并對每次的試驗數據進行記錄，得到不同沖擊參數下的煤巖試驗樣品；所述液壓加載油缸與沖擊參數控制平臺和鋼絲鉸繩提升釋放裝置連接，實現對沖擊重塊的沖擊高度進行調節，通過重錘高度標度尺能夠在外界直接觀測沖擊重塊的高度位置；電源線與工業用電電源連接，對裝置進行供電。

3.根據權利要求2所述的一種基于氫鍵破裂的煤巖介質識別系統，其特征在于：所述試驗樣品制備裝置通過改變沖擊重塊的數量對沖擊載荷參數進行調控；通過沖擊參數控制平臺控制液壓加載油缸對鋼絲鉸繩提升釋放裝置控制沖擊重塊的釋放高度和釋放速度實現不同沖擊高度和沖擊頻率的調控，并通過重錘高度標度尺觀測沖擊重塊的高度位置。

4.根據權利要求1所述的一種基于氫鍵破裂的煤巖介質識別系統，其特征在于：所述煤巖介質特征參數提取模塊通過CCD相機采集煤巖試驗樣品的圖像，并通過圖像特征提取方法，對煤巖介質圖像的顏色、灰度、紋理和形狀特征這些特征參數進行提取。

5.根據權利要求1所述的一種基于氫鍵破裂的煤巖介質識別系統，其特征在于：所述光譜特征提取分析模塊包括光譜信息采集子模塊、光譜信息提取子模塊、光譜數據處理子模塊、光譜特征參數提取子模塊；所述光譜信息采集子模塊通過光譜相機采集煤巖試驗樣品的紋理與光譜信息；所述光譜信息提取子模塊完成對煤巖試驗樣品的可見-近紅外光譜的時間序列與空間分布信息進行提取，得到煤巖反射光譜數據曲線；所述光譜數據處理子模塊對煤、巖反射光譜數據曲線進行預處理，取兩個曲線幅值差大于設定閾值的煤巖差異段光譜帶作為試驗譜段區間；所述光譜特征參數提取子模塊將預處理后的試驗光譜特征區段進行FFT時域變換后提取波長、能量、折射率和吸收率這些光譜特征參數。

6.根據權利要求5所述的一種基于氫鍵破裂的煤巖介質識別系統，其特征在于：所述氫鍵斷裂檢測模塊通過對煤巖試驗樣品的光譜特征參數與氫鍵斷裂強度進行線性分析，找出與氫鍵相關聯的特征參數，并建立該特征參數的光譜圖像；然后對該特征參數的光譜圖像運用BrukerOpus軟件進行基線處理及平滑處理，同時使用origin軟件對光譜進行乘譜處理，通過特征光譜圖像峰值與谷值得到氫鍵斷裂強度。