[发明专利]承载煤岩裂纹损伤红外响应信息的热传导温度补偿方法

权利要求书

1.一种承载煤岩裂纹损伤红外响应信息的热传导温度补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、采集承载煤岩红外辐射监测数据：在需要检测区域的承载煤岩一米范围内设置与承载煤岩相同类型的参照煤岩，利用红外热像仪同时监测承载及参照煤岩表面红外辐射信息；

步骤2、校正承载煤岩红外辐射信息时域噪声：利用参照红外温度矩阵均值对红外热像仪获取的目标红外温度矩阵进行时域噪声校正，得到时域噪声校正后的目标红外温度矩阵；

步骤3、利用红外热像仪采集信息获得承载煤岩边界的干扰性热源时域变化数据及初始温度场数据：以时域噪声校正后的目标红外辐射温度矩阵为对象，确定承载煤岩边界热源的时域变化数据及初始温度场数据；

步骤4、获取承载煤岩热力学参数：依据实验室热力学实验，确定所监测煤岩体的主要热力学参数，包括：常压热容、密度、导热系数、热膨胀系数、杨氏模量、泊松比；

步骤5、建立热传导影响下煤岩表面温度场演化的COMSOL矩形模型：根据监测区域实际情况，利用COMSOL数值软件建立关于煤岩传热模块的矩形模型，其中矩形模型中设有通过红外温度矩阵行列数划分的网格；

步骤6、对COMSOL矩形模型参数赋值：将步骤3得到的初始温度场数据赋值于COMSOL矩形模型中，将步骤3得到的边界热源时域变化数据赋值于COMSOL矩形模型的动态热源中，并将步骤4得到的煤岩热力学参数作为材料属性输入COMSOL矩形模型；

步骤7、COMSOL数值计算过程：依据红外热像仪监测频率，设置COMSOL矩形模型瞬态温度场计算的时间步长，计算边界热源影响下承载煤岩红外辐射温度场的时域变化过程；

步骤8、导出COMSOL矩形模型的数值计算结果：以目标红外辐射温度矩阵为标准设置网格间距，导出通过COMSOL矩形模型计算获得的每一时间步长的红外辐射热传导温度矩阵数据，将导出的承载煤岩热传导温度数据转换为二维矩阵，记为热传导温度矩阵(HCTM(t))，并计算每一时刻目标红外温度矩阵与热传导温度矩阵行平均值；

步骤9、检验COMSOL数值计算结果：将监测过程中前30％帧的红外辐射温度矩阵作为样本，以目标红外温度矩阵行平均值为自变量，热传导温度矩阵行平均值为因变量，将目标红外温度矩阵行平均值和热传导温度矩阵行平均值进行一元线性回归运算，并计算每一帧实验数据和模拟数据的相关系数，利用各时刻相关系数平均值对COMSOL矩形模型的数值计算结果进行检验；

步骤10、承载煤岩红外辐射温度场热传导补偿：利用噪声校正后的目标红外辐射温度矩阵与热传导温度矩阵相减，得到热传导温度补偿后的承载煤岩红外辐射温度矩阵，利用承载煤岩红外辐射温度矩阵对承载煤岩红外辐射响应信息进行热传导温度补偿，从而有效减弱环境热源对红外辐射变化规律的影响，使红外辐射信息呈现真实的变化趋势，放大煤岩裂纹损伤时刻的红外辐射异常响应，实现煤岩损伤演化的红外定量表征及破坏前兆的红外精准识别，为水资源保护性采煤和矿井水害防控提供了安全保障。

2.根据权利要求1所述的一种承载煤岩裂纹损伤红外响应信息的热传导温度补偿方法，其特征在于：步骤1所述的承载煤岩红外辐射监测数据采集方法为：分别利用相同大小的矩形数据框对加载煤岩和参照煤岩进行重采样，获得加载煤岩的目标红外温度矩阵IRM_L以及参照煤岩参照红外温度矩阵IRM_R。

3.根据权利要求2所述的一种承载煤岩裂纹损伤红外响应信息的热传导温度补偿方法，其特征在于：步骤2所述的承载煤岩红外辐射的时域噪声校正方法为：计算参照红外温度矩阵均值的时域变化值，公式如下：

式中：AIRM_R(t)为参照红外温度矩阵均值的时域变化值，i和j分别是参照煤岩红外温度矩阵的行、列数，x和y是矩阵行、列号，t是时间，IRM_R(t)是t时刻参照红外温度矩阵均值；

利用目标红外温度矩阵与参照红外辐射温度矩阵均值相减，得到时域噪声校正后的目标红外温度矩阵，公式如下：

IRM'_L(t)＝IRM_L(t)-AIRM_R(t)

式中：IRM'_L(t)为时域噪声校正后的目标红外温度矩阵。