[发明专利]一种基于图像处理技术的五种破坏类型煤体的辨识方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理技术，特别涉及一种利用图像处理技术定量辨识五种破坏类型煤体的方法，属于矿山安全领域。

背景技术

随着煤炭产业的迅猛发展以及煤炭产量的整体增长，随之而来产生的便是煤矿事故的不断发生。煤与瓦斯突出事故作为煤矿事故类型中的主要形式受到全球煤矿行业的重点关注。煤与瓦斯突出这一种煤岩动力灾害诱发因素复杂，受地应力、煤体中瓦斯及煤的物理力学性质等多方面作用的综合影响。中国受开采技术、开采条件、开采量等因素的影响，发生煤与瓦斯突出事故的总次数占全球总次数的三分之一，是世界上受煤与瓦斯突出事故影响最严重的国家。现在，我国近300座煤矿发生突出次数达到万次之多，已经超过了其他国家煤与瓦斯突出次数的总和。统计截止到2015年12月共计有煤与瓦斯突出矿井1218处。以国有重点煤矿作为样本来研究统计发生煤与瓦斯突出矿井数，1992年共有132处，该事故类型煤矿占比18.8％，2004年共有154处，该事故类型煤矿占比25％，2008年共有176处，该事故类型煤矿占比19.9％，2010年共有235处，该事故类型煤矿占比22.5％。通过对比可以发现，国有重点煤矿中矿井为煤与瓦斯突出矿井的总量占20％左右。随着国民经济的不断发展，矿井总数量也是在不断增加的，因此也造成了煤与瓦斯突出矿井的绝对数量是一直处于不断增加的状态中。除此之外，随着现在煤炭企业的采煤量不断创造新高，一些较为容易开采的煤炭资源已经开采殆尽，解决这一问题的唯一方法就是加大开采深度，这也是未来煤炭开采的大趋势。

煤矿开采深度的不断加大，致使在煤层瓦斯含量和地应力较大的环境下进行煤炭开采工作，煤与瓦斯突出的可能性和危险性更大，煤与瓦斯突出矿井也必然会给煤矿井下安全生产带来更多的隐患，煤矿工作人员在井下从事生产工作也要经受更大的心理压力。

煤炭需求量增加、矿井开采时深度加深的同时，煤与瓦斯突出矿井比例不断增大，煤与瓦斯突出事故的发生可能性将越来越大，随之发生的就是突出次数与突出强度的增加。煤与瓦斯突出事故作为煤矿安全生产需要特殊关注的问题，直接关系着安全生产工作局面，寻找有效治理和预防的方法成为解决该类问题的关键。所以对煤与瓦斯的深入研究以解决这类事故发生是完全有必要的。通过对事故的发生机理进行全面分析发现，引起该类事故发生的其中一条关键因素是煤体构造的破坏。煤层经构造应力的作用，煤体的原生结构与构造破坏严重，称为构造煤。这时，煤体构造会产生破碎、揉皱以及擦光面等。通过对构造煤的性质原理进行学习研究可以从根本上遏制煤与瓦斯突出事故的发生。

构造煤中将煤体分为不同的破坏类型，国内外专家学者常用宏观辨识的方法进行不同破坏类型煤体的辨识，在日常的生产检查中起到了关键作用。但是单纯的通过肉眼观察辨识存在很大的误差，定性的识别也必会存留很多安全隐患，存在太多的不可靠性。因此从定性到定量的发展必然是科学研究的重要思路。随着科学技术的发展，图像识别技术日益进步，在科研、生活的各个方面都得到很多应用、可以发挥很大的作用，通过图像识别技术得出量化的数值在多个科技领域都得到了全面的应用，因此如何在揭示煤与瓦斯突出煤体破坏类型的基础上，运用图像处理技术，设计一种实用、安全、准确的基于图像处理技术的煤体破坏类型的辨识方法来有效的预防煤与瓦斯突出事故，就成为本发明要解决的问题。

发明内容

鉴于上述现有技术领域中的实际情况，本发明旨在提供一种过程简单、精确方便的对五种破坏类型煤体图像定量辨识的方法。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明所述的一种通过图像处理技术处理煤体图像达到对五种破坏类型煤体的定量辨识的方法，以分辨率为247×215，灰度256的煤体图像作为样例来进行分析。

所述的基于图像处理技术的五种破坏类型煤体的辨识方法包括构造全新的纹理特征向量，在确定的核函数下带入支持向量机(SVM分类器)进行分类，定量辨识I、Ⅱ、Ⅲ类破坏类型煤体、计算反光比例来定量辨识Ⅳ、Ⅴ类破坏类型煤体。

所述的结合灰度共生矩阵与小波变换分析构造由图像的角二阶矩、对比度、相关性、均值和方差组成全新纹理特征向量来量化描述图像纹理信息。经计算在核函数宽度g＝1.1e-005、惩罚性系数为c＝138.77时，通过SVM程序对I、II、III类破坏类型煤体的定量辨识准确率达到了85％。