本发明专利技术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。本发明专利技术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。意义。意义。
【技术实现步骤摘要】
红外辐射技术监测煤岩破坏失稳的分级预警方法
[0001]本专利技术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。
技术介绍
[0002]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。
[0003]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。
技术实现思路
[0004]专利技术目的：针对以上问题，本专利技术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。
[0005]技术方案：为实现本专利技术的目的，本专利技术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：
[0006]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；
[0007]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；
[0008]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；
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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：
[0012][0013]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。
[0014]进一步的，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：
[0015][0016]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；
[0017][0018]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。
[0019]进一步的，煤岩加卸载过程中IRTR的突变值，计算方法如下：
[0020][0021]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：
[0022][0023]其中是IRTR的均值，σ是IRTR的标准偏差。
[0024]进一步的，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：
[0025][0026]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；
[0027][0028]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。
[0029]本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0030]本专利技术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。本专利技术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，分别基于IRTR和AIRT建立承载煤岩的加卸载响应比，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，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。
附图说明
[0031]图1是本专利技术的流程图；
[0032]图2是本专利技术的承载煤岩红外辐射监测系统的结构示意图；
[0033]图3是本专利技术的承载煤岩的应力路径与循环次数图；
[0034]图4是本专利技术某一煤岩样的循环加卸载过程中的应力
‑
应变
‑
AIRT曲线；
[0035]图5是本专利技术某一煤岩样的煤岩加卸载过程中的IRTR图；
[0036]图6是本专利技术某一煤岩样的应力
‑
IRTR加卸载响应比；
[0037]图7是本专利技术某一煤岩应力
‑
AIRT加卸载响应比；
[0038]图中：1
‑
压力机；2
‑
塑料薄膜；3
‑
承载煤岩；4
‑
隔离封闭箱体；5
‑
红外热像仪；6
‑
红外辐射采集仪。
具体实施方式
[0039]下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
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...
【专利技术属性】
技术研发人员：马立强，曹克旺，王发刚，刘伟，崔若愚，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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