[發(fā)明專利]一種基于氫鍵破裂的煤巖介質(zhì)識別系統(tǒng)及識別方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010434369.9
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111579501B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田瑩;張強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 山東科技大學(xué)
• 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(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 李珉

本發(fā)明提供一種基于氫鍵破裂的煤巖介質(zhì)識別系統(tǒng)及識別方法，涉及煤巖介質(zhì)識別技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括試驗(yàn)樣品制備裝置、煤巖介質(zhì)特征參數(shù)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(zhì)識別模塊；試驗(yàn)樣品制備裝置制備基于不同沖擊參數(shù)的煤巖試驗(yàn)樣品；然后通過煤巖介質(zhì)特征參數(shù)提取模塊和光譜特征提取分析模塊得到煤巖介質(zhì)的圖像特征參數(shù)和光譜特征參數(shù)；氫鍵斷裂檢測模塊基于光譜特征參數(shù)得到煤巖試驗(yàn)樣品的氫鍵斷裂強(qiáng)數(shù)據(jù)并存儲到數(shù)據(jù)庫；煤巖介質(zhì)識別模塊基于氫鍵斷裂強(qiáng)度數(shù)據(jù)得出煤巖介質(zhì)圖像特征參數(shù)與氫鍵斷裂強(qiáng)度匹配規(guī)則，建立煤巖氫鍵斷裂強(qiáng)度與煤巖介質(zhì)圖像特征參數(shù)模糊集匹配數(shù)據(jù)庫與規(guī)則庫，實(shí)現(xiàn)對煤巖介質(zhì)的識別。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及煤巖介質(zhì)識別技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于氫鍵破裂的煤巖介質(zhì)識別系統(tǒng)及 識別方法。

背景技術(shù)

煤炭作為國家能源基石在短期內(nèi)無法改變，根據(jù)國家發(fā)展改革委印發(fā)《能源技術(shù)革命創(chuàng) 新行動計(jì)劃(2016-2030)》，到2030年重點(diǎn)煤礦區(qū)基本實(shí)現(xiàn)工作面無人化，隨著采煤技術(shù)進(jìn) 步與現(xiàn)代化井下設(shè)備的更新，采煤過程已基本實(shí)現(xiàn)綜合機(jī)械化，但機(jī)械化采煤與無人化采煤 還有著很大的距離，而煤巖識別是采煤機(jī)環(huán)境智能感知亟需解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。煤巖識別 是采煤機(jī)切割煤層時應(yīng)盡量沿著煤層和巖層的分界面開采，當(dāng)切割到巖層時要及時調(diào)整采煤 機(jī)滾筒高度避免造成欠/過切割，這一問題一直是國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)，諸多學(xué)者也提出了許多 具有代表性的研究方法，如圖像分析法、截割數(shù)據(jù)法、電磁法、T射線檢測、雷達(dá)探測、振 動頻譜、截齒測力、人工超聲波檢測、聲波探測、紅外測溫、表面圖像分析、近紅外光譜， 各種方法都均存在一定局限性，由于煤巖特性不一、截割反饋信號滯后、預(yù)先預(yù)測精度不夠， 很難找到一種可預(yù)測預(yù)判與截割實(shí)時反饋相統(tǒng)一方法來解決機(jī)器識別煤巖界面的問題。

基于目前采礦技術(shù)水平，煤巖識別受環(huán)境因素干擾不易識辨、致使界面識辨困難，由于 煤礦井下環(huán)境惡劣，傳統(tǒng)的檢測方法無法達(dá)到工程化效果，同時礦井開采深度已經(jīng)超過600m， 隨著采掘深度的逐年增加，地應(yīng)力顯著增大，沖擊地壓等煤巖動力災(zāi)害現(xiàn)象活動頻繁。據(jù)不 完全統(tǒng)計(jì)，工作面事故占煤礦事故的75％以上，是造成人員傷亡的主要原因，占煤礦事故經(jīng) 濟(jì)損失的90％以上，可見，實(shí)現(xiàn)工作面“無人智能化”開采是解決人員傷亡事故和減少煤礦 事故經(jīng)濟(jì)損失的主要途徑，而煤巖界面的精準(zhǔn)識別是實(shí)現(xiàn)“井下無人智能化”安全開采的關(guān) 鍵。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于氫鍵破裂的煤巖介 質(zhì)識別裝置及識別方法，利用CCD相機(jī)和紅外光譜儀采集煤巖介質(zhì)受沖擊破壞后的圖像和光 譜信息，并分析煤巖介質(zhì)受沖擊破壞后的氫鍵斷裂程度，完成基于氫鍵斷裂強(qiáng)度分析對煤巖 介質(zhì)進(jìn)行識別。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一方面，本發(fā)明提供一種基于氫鍵破裂的煤巖介質(zhì)識別系統(tǒng)，包括試驗(yàn)樣品制備裝置、 煤巖介質(zhì)特征參數(shù)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(zhì)識別模 塊；所述試驗(yàn)樣品制備裝置通過設(shè)置不同沖擊載荷、沖擊高度、沖擊次數(shù)和沖擊頻率，得到 基于不同沖擊參數(shù)的煤巖試驗(yàn)樣品；所述煤巖介質(zhì)特征參數(shù)提取模塊采集煤巖試驗(yàn)樣品的圖 像，并通過圖像特征提取方法，對煤巖介質(zhì)圖像的特征參數(shù)進(jìn)行提取；所述光譜特征提取分 析模塊采集煤巖試驗(yàn)樣品的光譜信息，并對煤巖試驗(yàn)樣品光譜信息進(jìn)行預(yù)處理后提取光譜特 征參數(shù)；所述氫鍵斷裂檢測模塊基于光譜特征參數(shù)完成對煤巖試驗(yàn)樣品氫鍵斷裂強(qiáng)度的判斷； 所述煤巖介質(zhì)識別模塊基于氫鍵斷裂強(qiáng)度數(shù)據(jù)得出煤巖介質(zhì)圖像特征參數(shù)與氫鍵斷裂強(qiáng)度匹 配規(guī)則，建立煤巖氫鍵斷裂強(qiáng)度與煤巖介質(zhì)圖像特征參數(shù)模糊集匹配數(shù)據(jù)庫與規(guī)則庫，完成 基于氫鍵斷裂強(qiáng)度分析的煤巖介質(zhì)識別。