本發(fā)明公開了一種紅外輻射技術監(jiān)測煤巖破壞失穩(wěn)的分級預警方法，涉及充填開采與巖層控制領域。本方法提出IRTR的定量分析指標，并基于IRTR定義煤巖加卸載響應比，加卸載響應比在循環(huán)加卸載的中后期有明顯的“突增－迅速回落”過程，該特征作為煤巖破壞的早期前兆；再基于AIRT定義煤巖加卸載響應比，卸載響應比整體呈上升的趨勢，且在最后一次循環(huán)發(fā)生突增，該突變作為煤巖的臨破壞前兆。結合煤巖的早期前兆和臨破壞前兆，實現對煤巖破壞失穩(wěn)的“早期前兆－臨破壞前兆”的分級預警。本發(fā)明方法采用紅外輻射定義煤巖加卸載響應比，能更好地監(jiān)測工程煤巖體的穩(wěn)定性，研究結果對礦山災害和煤巖工程災害的紅外遙感監(jiān)測及預警具有科學意義。

技術領域

本發(fā)明涉及礦山災害和煤巖工程災害的紅外遙感監(jiān)測及預警領域，尤其涉及一種紅外輻射技術監(jiān)測煤巖破壞失穩(wěn)的分級預警方法。

背景技術

在煤礦井下的掘進、采煤和充填過程，由于煤巖和充填體常處于循環(huán)荷載的作用下，承載過程中易出現局部的應力集中，局部位置易發(fā)生裂紋損傷不斷累積擴展，最終可能發(fā)生破壞失穩(wěn)。

國內外學者對循環(huán)荷載作用下煤巖的破壞前兆特征做了大量研究，但以往的研究計算加卸載響應比需獲取煤巖的應變或聲發(fā)射數據。實際上，在施工現場采用接觸式觀測獲取的應變和聲發(fā)射數據易受到機械振動的干擾。而紅外觀測技術具有非接觸、高靈敏度、全區(qū)域、抗干擾性強、攜帶方便和高動態(tài)等獨特的優(yōu)勢，采用紅外熱像儀觀測工程煤巖，可以克服接觸式觀測易受機械振動干擾的缺點。因此，如能采用紅外輻射定義煤巖加卸載響應比，則能更好地監(jiān)測工程煤巖體的穩(wěn)定性。

發(fā)明內容

發(fā)明目的：針對以上問題，本發(fā)明提出一種紅外輻射技術監(jiān)測煤巖破壞失穩(wěn)的分級預警方法。基于IRTR(infrared radiation temperature rate，紅外輻射溫度的變化率)和AIRT(average infrared radiation temperature，平均紅外輻射溫度)建立承載煤巖的加卸載響應比，能更好的監(jiān)測承載煤巖破壞失穩(wěn)前的早期前兆和臨破壞前兆問題，進而實現了對煤巖破壞失穩(wěn)的“早期前兆－臨破壞前兆”的分級預警。

技術方案：為實現本發(fā)明的目的，本發(fā)明所采用的技術方案是：一種紅外輻射技術監(jiān)測煤巖破壞失穩(wěn)的分級預警方法，包括以下步驟：

a、采集承載煤巖破壞失穩(wěn)過程中的原始紅外輻射信息：采用紅外輻射探測系統采集承載煤巖的表面紅外輻射信息；

b、計算承載煤巖表面紅外輻射溫度的平均值AIRT：對步驟a得到的煤巖在破壞失穩(wěn)過程中的原始紅外輻射信息進行平均值的計算處理；

c、確定承載煤巖破壞失穩(wěn)的早期前兆：在步驟b的基礎上，采用IRTR的定量分析指標，即單位時間內AIRT的變化量，建立基于IRTR的煤巖加卸載響應比，加卸載響應比在循環(huán)加卸載中一定時間段內變化量超過閾值，該特征作為煤巖破壞的早期前兆；

d、確定承載煤巖破壞失穩(wěn)的臨破壞前兆：在步驟b的基礎上，建立基于AIRT的加卸載響應比，將最后一次循環(huán)的加卸載響應比的突變作為煤巖的臨破壞前兆。

進一步的，所述步驟a的紅外輻射探測系統包括壓力機、塑料薄膜、承載煤巖、隔離封閉箱體、紅外熱像儀和數據采集儀；壓力機、塑料薄膜、承載煤巖和紅外熱像儀均位于隔離封閉箱體的內部，承載煤巖位于壓力機上，二者接觸的上下表面設有塑料薄膜，數據采集儀分別與壓力機和紅外熱像儀連接，開始監(jiān)測承載煤巖破壞過程中紅外輻射信息時，同時同步啟動紅外輻射探測系統的壓力機和紅外熱像儀。

進一步的，所述步驟b對煤巖在破壞失穩(wěn)過程中的原始紅外熱像系列進行平均值的計算處理，方法如下：

式中AIRT_P為原始紅外熱像系列圖第P幀的平均值，f_P(x，y)為原始紅外熱像系列圖第P幀的二維溫度矩陣，M和N分別為溫度矩陣的總行數和總列數，x和y分別為溫度矩陣的行號和列號。