[发明专利]一种基于煤岩高光谱反射特性的煤岩界面识别方法

说明书

本发明公开了一种基于煤岩高光谱反射特性的煤岩界面识别方法，此方法根据被测煤岩所含矿物的化学成分和组成结构不同，其在特定波长点处对相同光反射吸收的高光谱反射率特性不同，采用高光谱进行地下煤岩界面感知，对感知数据利用全波形、特征参量及人工智能识别等方法保证环境适用性和判别精度。通过建立我国主要煤岩的高光谱数据库，对包络线预处理后的光谱曲线全波形、差异吸收谷反射率曲线中提取的特征参数、差异吸收谷反射率曲线全波形数据，采用四种识别模型实现对未知类型试样的识别。本发明解决了在不同的煤系或煤田的煤层类型结构和顶底板沉积岩类型结构变化多样的情况下，快速高效地区分煤岩界面的问题。

技术领域

本发明涉及智能化采煤装备关键技术领域，特别是一种基于煤岩高光谱反射特性的煤岩界面识别方法，相关技术涉及高光谱物探分析、高光谱数据采集及处理、高光谱数据库、高光谱数据特征选择和提取、人工智能识别方法等技术领域。

背景技术

煤岩界面智能识别技术是当前制约智能化采煤装备的重大难题，研究适用于工作面的煤岩界面实时识别方法是保障智能化综采工作面具有广泛适用性的重要基础之一。实现煤岩自动识别是采煤工作面无人开采的关键技术之一，其一直是煤层自动截割的瓶颈性技术障碍。现有的煤岩界面识别方法，即天然射线探测法、放射性同位素探测法、雷达探测法、红外探测法、测力截齿分析法、有功功率监测法、多传感器融合技术、图像识别法等，以上这些研究方法或基于煤岩截割的热力响应，或基于煤岩射线效应，但由于煤层地质条件复杂多变，导致以上各种方法不具备普遍适用性，同时由于工作面环境恶劣、识别实时性的原因而使得这些煤岩识别技术均未在现实工作面中获得应用。

我国煤层赋存地质条件复杂多变，不同的煤系或煤田具有不同的煤层类型结构和顶底板沉积岩类型结构，即使同一煤系或煤田的煤层类型结构和顶底板沉积岩类型结构也有复杂变化。为适应煤岩类型及其结构的复杂变化，须找到一种能够精确判别煤岩矿物物质成分的差别，快速高效地区分煤岩性状的技术或方法。高光谱遥感技术是根据被测物质所含的化学成分和组成结构不同，其在特定波长点处对相同光反射吸收光谱特性不同，而且决定各种物质光谱特征的机理是由于其不同的化学成分的电子跃迁、晶体振动等。高光谱技术以其具有光谱分辨率高，特定波长处有其独特的光谱特征的特点作为一种物质探测识别的技术，已成功用于遥感环境监测、地质矿物识别等领域。

我国煤炭资源丰富，不同煤系矿区的煤岩样品具有不同的波谱特征，这是利用高光谱数据认识和识别煤岩提取表面信息的主要思想和手段。根据现有国家标准的分类要求，收集和积累各种典型地物的光谱数据信息历来是遥感基础研究和应用研究中不可缺少的一个重要环节。高光谱仪产生了庞大的数据量，建立煤岩高光谱数据库，利用先进的计算机技术保存、管理和分析这些信息，是提高信息分析处理水平的重要途径。当前国际上及我国常见公开的光谱库有：美国地质调查局光谱实验室USGS光谱库；中科院安徽精密光学机械研究所高光谱岩矿数据库；中科院遥感所高光谱数据库。但以上三种数据库只含部分沉积岩类型光谱曲线，且不含岩石的特征光谱参量，尤其针对我国主要煤系矿区的煤层顶底板岩石类型和煤炭类型的高光谱数据库还没有建立。