[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

说明书

本发明公开了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，属于矿山煤岩体损伤破坏的监测预警及保水开采突水灾害防治技术领域。确定承载煤岩红外辐射监测目标区域，设置参照煤岩对承载煤岩红外辐射信息进行时域去噪，提取承载煤岩边界热源的时域变化数据、初始温度场数据及热力学参数；建立COMSOL固体传热数值计算模型，将计算结果导出并转换为时间序列二维矩阵；对COMSOL数值计算结果进行检验，利用有效计算结果对承载煤岩红外辐射响应信息进行热传导温度补偿。其能够有效减弱环境热源对红外辐射变化规律的影响，有助于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。

技术领域

本发明涉及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，属于矿山煤岩体损伤破坏的监测预警及保水开采突水灾害防治技术领域。

背景技术

煤岩在外载荷作用下，内部裂纹会逐渐萌生、扩展并贯通。微裂纹的发育通常被认为是岩石损伤累积的过程，最终导致岩石的宏观破坏。这也是引发矿井煤柱失稳、冲击矿压、顶板冒落等灾害的根本原因。准确、有效地监测煤岩损伤演化过程，识别煤岩体失稳前兆信息，是保障矿井安全高效生产的关键。承载煤岩损伤演化过程中，内部累积的部分弹性能会以热能的形式释放，激发出红外电磁波。因此，红外辐射作为无损遥感探测技术，是确定煤岩损伤破裂范围，监测煤岩损伤演化过程的潜在有效手段。

有效提取裂纹演化导致的红外辐射温度增量，是利用红外辐射表征煤岩损伤演化过程的关键。但是煤岩体微裂纹演化导致的红外辐射温度增量较为微弱，极易受噪声影响。为此，现有技术利用本底噪声校正模型、中值滤波等方法对红外辐射温度场进行校正。这些方法可以较好地去除环境噪声，提高红外辐射图像的清晰度，但难以减弱红外监测过程中干扰热源热传导效应的影响。

红外辐射监测过程中，承载煤岩体(监测目标)往往会与承载端头(干扰热源)存在温差。煤岩表面红外辐射温度场会因温度梯度发生变化，这一方面使得红外热像图中微裂纹扩展致热不清晰，另一方面使得红外辐射温度场的特征参数呈现明显上升(或下降)的变化趋势，进而造成承载煤岩体稳定性的误判。因此，亟需研究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，对承载煤岩体红外辐射温度场进行修正，以实现煤岩体损伤破裂的准确预警及损伤演化过程的定量表征。

发明内容

发明目的：针对现有技术问题，本发明提出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，对承载煤岩体红外辐射温度场进行修正，以解决干扰热源热传导效应对红外辐射温度场的影响，提高岩石工程灾害红外辐射监测预警的准确性。

技术方案：为实现本发明的目的，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，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；