[发明专利]红外辐射技术监测煤岩破坏失稳的分级预警方法

权利要求书

1.红外辐射技术监测煤岩破坏失稳的分级预警方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、采集承载煤岩破坏失稳过程中的原始红外辐射信息：采用红外辐射探测系统采集承载煤岩的表面红外辐射信息；

b、计算承载煤岩表面红外辐射温度的平均值AIRT：对步骤a得到的煤岩在破坏失稳过程中的原始红外辐射信息进行平均值的计算处理；

c、确定承载煤岩破坏失稳的早期前兆：在步骤b的基础上，采用IRTR的定量分析指标，即单位时间内AIRT的变化量，建立基于IRTR的煤岩加卸载响应比，加卸载响应比在循环加卸载中一定时间段内变化量超过阈值，该特征作为煤岩破坏的早期前兆；

d、确定承载煤岩破坏失稳的临破坏前兆：在步骤b的基础上，建立基于AIRT的加卸载响应比，将最后一次循环的加卸载响应比的突变作为煤岩的临破坏前兆。

2.根据权利要求1所述的红外辐射技术监测煤岩破坏失稳的分级预警方法，其特征在于：所述步骤a的红外辐射探测系统包括压力机、塑料薄膜、承载煤岩、隔离封闭箱体、红外热像仪和数据采集仪；压力机、塑料薄膜、承载煤岩和红外热像仪均位于隔离封闭箱体的内部，承载煤岩位于压力机上，二者接触的上下表面设有塑料薄膜，数据采集仪分别与压力机和红外热像仪连接，开始监测承载煤岩破坏过程中红外辐射信息时，同时同步启动红外辐射探测系统的压力机和红外热像仪。

3.根据权利要求1所述的红外辐射技术监测煤岩破坏失稳的分级预警方法，其特征在于：所述步骤b对煤岩在破坏失稳过程中的原始红外热像系列进行平均值的计算处理，方法如下：

式中AIRT_P为原始红外热像系列图第P帧的平均值，f_P(x,y)为原始红外热像系列图第P帧的二维温度矩阵，M和N分别为温度矩阵的总行数和总列数，x和y分别为温度矩阵的行号和列号。

4.根据权利要求1所述的红外辐射技术监测煤岩破坏失稳的分级预警方法，其特征在于：所述步骤c建立基于IRTR的加卸载响应比，加卸载响应比Y表示为：

其中X_{_}和X₊分别为卸载和加载时的响应量；Δε_-和Δε₊分别为卸载和加载时的应变变化量；Δσ_-和Δσ₊分别为卸载和加载时的应力变化量；

式中X为响应量，ΔR为响应变化量，ΔP为载荷变化量，Δσ为应力变化量，M(i)为筛选出的第i个煤岩加卸载过程中IRTR的突变值。

5.根据权利要求4所述的红外辐射技术监测煤岩破坏失稳的分级预警方法，其特征在于：煤岩加卸载过程中IRTR的突变值，计算方法如下：

其中IRTR_i是指第i个IRTR数值；T_i是指采集第i个AIRT数据时所对应的时间；AIRT_i是指T_i时刻所采集到的AIRT数值；基于正态分布的小概率准则，以IRTR的二倍标准偏差作为IRTR突变的临界线对数据进行筛选，高于控制线的IRTR值为突变，表达式为：

其中是IRTR的均值，σ是IRTR的标准偏差。

6.根据权利要求1-5任一所述的红外辐射技术监测煤岩破坏失稳的分级预警方法，其特征在于：所述步骤d建立基于AIRT的加卸载响应比，加卸载响应比Y为：

其中ΔAIRT₊和ΔAIRT_-分别为加载阶段AIRT的变化量和卸载阶段AIRT的变化量；X_-和X₊分别为卸载和加载时的响应量；Δσ_-和Δσ₊分别为卸载和加载时的应力变化量；

式中X为响应量，ΔR为响应变化量，ΔP为载荷变化量，Δσ为应力变化量，ΔAIRT为AIRT的变化量。