[发明专利]煤岩变形破裂过程的红外辐射信息去噪与监测预警方法

说明书

本发明公开了一种煤岩变形破裂过程的红外辐射信息去噪与监测预警方法，属于保水开采与遥感岩石力学领域。本发明设计了一种在煤岩红外辐射试验过程中主动激励辅助下的被动红外监测布置方法，提出了一种基于双对比试样的二次差分去噪方法，得到了真实红外辐射温度序列，该去噪方法有效剔除了环境噪声对试验的影响；进一步将试验数据进行差分运算，并将运算结果线性映射到灰度颜色空间，得到了真实红外辐射灰度差分图序列，最后提出了一种红外辐射信号值作为前兆预警指标，丰富了煤岩破坏过程中的红外辐射监测预警方法。此发明提高了煤岩红外辐射无损监测技术的准确性、科学性和有效性，对提升采矿工程、岩土工程等领域的安全生产有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种煤岩变形破裂过程的红外辐射信息去噪与监测预警方法，属于保水开采与遥感岩石力学领域。

背景技术

煤岩在受载过程中，伴随着微观尺度上裂纹的萌生和扩展。随着煤岩受载载荷的增加，微观裂纹扩展、集结，从无序向有序方向发展，最终形成宏观裂纹，使煤岩失稳破裂，引发生岩爆、煤与瓦斯突出、顶板垮落和突水等灾害，造成严重的人员伤亡与经济损失。煤岩内部裂纹扩展到宏观裂纹的形成是矿山灾害发生的主要原因，对煤岩的失稳监测预警是防灾减灾的关键所在，因此，煤岩破裂监测量化预警技术成为岩石力学研究的一大热点。

煤岩在受载过程中，内部微裂纹的持续扩展萌生，会产生红外辐射热效应。红外辐射作为一种无损、非接触的监测技术已被逐步引入到煤岩失稳监测预警领域。但在煤岩红外辐射监测过程中，表现的红外辐射有效信号微弱，且易受环境的影响，导致红外辐射信号不易被高效可视化。因此本发明在红外辐射信息去噪的基础上，提出了一种新的煤岩破裂过程中的红外辐射预警方法，提高了煤岩破坏失稳红外辐射前兆的识别度。

发明内容

针对现有技术的不足之处，提供一种煤岩变形破裂过程的红外辐射信息去噪与监测预警方法，通过红外辐射信息的高效可视化，发现受载煤岩红外辐射前兆预警信号，实现受载煤岩的红外辐射监测预警。

为实现上述技术目的，本发明的煤岩变形破裂过程的红外辐射信息去噪与监测预警方法，首先进行煤岩单轴压缩红外辐射监测试验，在压力机上设置一个加载煤岩试样，并在加载煤岩试样的左右设置两个对比煤岩试样，然后布置防辐射区域并设置均匀的无辐射主动光源激励环境；采集加载的煤岩试样从开始加载到压裂后全过程的红外辐射数据和两个对比煤岩试样同时间的红外辐射数据，对加载的煤岩试样进行初始去噪得到初始红外辐射温度序列，之后计算两个对比煤岩试样的对比试样噪声因子序列，过滤掉初始加载红外辐射序列中的噪声因子得到加载煤岩试样真实红外辐射温度序列，通过差值点运算计算得到加载煤岩试样在压力过程中的真实红外辐射温度差分序列，将真实红外辐射温度差分序列线性映射到灰度空间，得到真实红外辐射灰度图序列最后计算真实红外辐射灰度差分图序列的红外辐射信号值，之后利用红外辐射信号值曲线参考应力时间曲线，即可分析获得测试区域被测煤岩所在压力下红外辐射突变状态，从而实现红外辐射突变预警。

进一步，具体包括以下步骤：

步骤1，在压力机加载平台上待加载的煤岩试样左右两侧同一水平高度放置的与煤岩试样尺寸相同的对比煤岩试样Ⅰ和对比煤岩试样Ⅱ作对比用以消除噪声因子对试验去噪效果的影响；然后在加载煤岩试样和对比煤岩试样Ⅰ和对比煤岩试样Ⅱ的后边、左边、右边分别设置电磁屏蔽板将三个煤岩试样包围以减少辐射干扰，在没有设置电磁屏蔽板的前面使用红外热像仪录制监测；

步骤2，将压力机加载平台与红外热像仪区间内1米范围内的空间区域用防辐射黑色幕布包围，在包围区域顶部，给予无辐射主动光源激励，保证区域内光照相同，且试样表面没有由于光照不均匀产生的阴影遮掩，使煤岩试样、压力机加载平台、红外热像仪放置在同样光照环境下使光照环境保持不变，以减少误差；