[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

说明书

本发明公开了一种红外辐射技术监测煤岩破坏失稳的分级预警方法，涉及充填开采与岩层控制领域。本方法提出IRTR的定量分析指标，并基于IRTR定义煤岩加卸载响应比，加卸载响应比在循环加卸载的中后期有明显的“突增－迅速回落”过程，该特征作为煤岩破坏的早期前兆；再基于AIRT定义煤岩加卸载响应比，卸载响应比整体呈上升的趋势，且在最后一次循环发生突增，该突变作为煤岩的临破坏前兆。结合煤岩的早期前兆和临破坏前兆，实现对煤岩破坏失稳的“早期前兆－临破坏前兆”的分级预警。本发明方法采用红外辐射定义煤岩加卸载响应比，能更好地监测工程煤岩体的稳定性，研究结果对矿山灾害和煤岩工程灾害的红外遥感监测及预警具有科学意义。

技术领域

本发明涉及矿山灾害和煤岩工程灾害的红外遥感监测及预警领域，尤其涉及一种红外辐射技术监测煤岩破坏失稳的分级预警方法。

背景技术

在煤矿井下的掘进、采煤和充填过程，由于煤岩和充填体常处于循环荷载的作用下，承载过程中易出现局部的应力集中，局部位置易发生裂纹损伤不断累积扩展，最终可能发生破坏失稳。

国内外学者对循环荷载作用下煤岩的破坏前兆特征做了大量研究，但以往的研究计算加卸载响应比需获取煤岩的应变或声发射数据。实际上，在施工现场采用接触式观测获取的应变和声发射数据易受到机械振动的干扰。而红外观测技术具有非接触、高灵敏度、全区域、抗干扰性强、携带方便和高动态等独特的优势，采用红外热像仪观测工程煤岩，可以克服接触式观测易受机械振动干扰的缺点。因此，如能采用红外辐射定义煤岩加卸载响应比，则能更好地监测工程煤岩体的稳定性。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种红外辐射技术监测煤岩破坏失稳的分级预警方法。基于IRTR(infrared radiation temperature rate，红外辐射温度的变化率)和AIRT(average infrared radiation temperature，平均红外辐射温度)建立承载煤岩的加卸载响应比，能更好的监测承载煤岩破坏失稳前的早期前兆和临破坏前兆问题，进而实现了对煤岩破坏失稳的“早期前兆－临破坏前兆”的分级预警。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种红外辐射技术监测煤岩破坏失稳的分级预警方法，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。

进一步的，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。

进一步的，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。