基于紅外輻射溫度場(chǎng)的沖擊地壓災(zāi)害前兆識(shí)別的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種煤礦沖擊地壓災(zāi)害前兆識(shí)別的方法，特別是一種基于紅外輻射溫 度場(chǎng)的沖擊地壓災(zāi)害前兆識(shí)別的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，隨著開(kāi)采深度和強(qiáng)度的增加，礦震活動(dòng)日益頻繁，能量 的釋放使礦壓顯現(xiàn)越來(lái)越嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)沖擊地壓，造成嚴(yán)重災(zāi)害；然而，基于"動(dòng)靜載疊 加"誘發(fā)沖擊地壓的機(jī)理，在我國(guó)西部埋深較淺的煤層開(kāi)采過(guò)程中也出現(xiàn)了沖擊地壓災(zāi)害， 造成了重大損失。煤巖體中的壓力超過(guò)強(qiáng)度極限，聚積在巷道或采場(chǎng)周?chē)簬r體中的能量 突然釋放，在井巷發(fā)生爆炸性事故，動(dòng)力將煤巖拋向巷道，同時(shí)發(fā)出劇烈聲響，是一種開(kāi)采 誘發(fā)的礦山地震，更是一種災(zāi)害，不僅造成井巷破壞、人員傷亡、地面建筑物破壞，還會(huì)引發(fā) 瓦斯、煤塵爆炸以及水災(zāi)，干擾通風(fēng)系統(tǒng)，嚴(yán)重威脅著煤礦的生產(chǎn)安全。由于沖擊地壓災(zāi)害 發(fā)生的時(shí)間與地域具有多樣性和突發(fā)性，因此，對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)警也就成為世界性難題。沖 擊地壓的發(fā)生機(jī)理，發(fā)生過(guò)程較為復(fù)雜，目前，這些技術(shù)還存在很多不足，比如應(yīng)力在線(xiàn)監(jiān) 測(cè)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)靈敏度較低，費(fèi)用高；彈性波CT反演技術(shù)還不能做到實(shí)時(shí)預(yù)警；微震法和 聲發(fā)射技術(shù)及電磁輻射技術(shù)誤差較大、準(zhǔn)確率比較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于紅外輻射溫度場(chǎng)的沖擊地壓 災(zāi)害前兆識(shí)別的方法，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煤體表面的紅外輻射能，分析后可起到實(shí)時(shí)預(yù)警。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：該沖擊地壓災(zāi)害前兆識(shí)別方法的 步驟包括：
[0005] (1)在井下待監(jiān)測(cè)區(qū)域煤體中取樣，加工成至少N個(gè)煤樣試塊，對(duì)煤樣試塊進(jìn)行沖 擊破壞實(shí)驗(yàn)，同時(shí)利用熱紅外成像儀對(duì)煤樣試塊從施加預(yù)應(yīng)力到煤樣試塊發(fā)生沖擊破壞整 個(gè)過(guò)程中的紅外輻射溫度變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確定預(yù)測(cè)沖擊破壞的溫度臨界值T ni及溫度變化率 臨界值A(chǔ)ni，從而得出煤樣試塊沖擊破壞的紅外輻射溫度信號(hào)變化前兆規(guī)律；
[0006]
(a)
[0007] (a)式中，T為監(jiān)測(cè)區(qū)域在t時(shí)刻的溫度，A為Δ t時(shí)間段內(nèi)的溫度變化率。
[0008] (2)將M個(gè)熱紅外監(jiān)測(cè)探頭依照10-20m的間距布設(shè)在工作面前方回采巷道內(nèi)，其 中地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜區(qū)域可以增加1-2個(gè)熱紅外監(jiān)測(cè)探頭的布置，通過(guò)多芯通信電纜，將熱 紅外監(jiān)測(cè)探頭實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的輻射溫度信號(hào)傳入井下監(jiān)測(cè)分站；
[0009] (3)井下監(jiān)測(cè)分站將實(shí)時(shí)紅外輻射溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，經(jīng)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)由主光 纜傳輸至地面監(jiān)測(cè)主機(jī)，或者直接將實(shí)時(shí)紅外輻射溫度信號(hào)通過(guò)電纜傳輸至地面監(jiān)測(cè)主 機(jī)；
[0010] (4)地面監(jiān)測(cè)主機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)的相關(guān)配套軟件對(duì)傳入的實(shí)時(shí)紅外輻射溫 度進(jìn)行信號(hào)處理；
[0011] (5)數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)將處理后的信號(hào)繪制出紅外輻射溫度變化曲線(xiàn)及生成視頻熱 成像圖，確定紅外輻射溫度場(chǎng)；
[0012] (6)通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示被測(cè)煤體的溫度場(chǎng)分布信息，系統(tǒng)可自動(dòng)將監(jiān)測(cè) 的信號(hào)與試驗(yàn)得到的臨界指標(biāo)T ni和A "進(jìn)行對(duì)比，對(duì)沖擊危險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)警，若監(jiān)測(cè)的紅外 輻射溫度達(dá)到或超過(guò)臨界值Tni，或者溫度變化率達(dá)到或超過(guò)臨界值A(chǔ) ni，即有沖擊危險(xiǎn)，需要 采取卸壓解危措施；若兩者都小于相應(yīng)的臨界值，則無(wú)沖擊危險(xiǎn)；溫度信號(hào)可以作為沖擊 地壓災(zāi)害前兆識(shí)別的一種信號(hào)。
[0013] 所述的煤樣試塊形狀為Φ 50mmXHlOOmm的圓柱體或?yàn)?0mmX 50mmX IOOmm的長(zhǎng) 方體；所述的N和M的具體數(shù)值需要根據(jù)不同的礦井監(jiān)測(cè)區(qū)域而確定，N多20, M多30。
[0014] 所述的熱紅外監(jiān)測(cè)探頭測(cè)得的溫度信號(hào)分為點(diǎn)、線(xiàn)、面三種，分別為點(diǎn)的溫度變化 曲線(xiàn)，線(xiàn)的最高、最低以及平均溫度變化曲線(xiàn)，面的最高、最低以及平均溫度變化曲線(xiàn)，面的 視頻熱成像圖，最后得到溫度場(chǎng)分布信息。
[0015] 有益效果，由于采用了上述方案，煤柱承載直到屈服破壞，是一個(gè)動(dòng)力過(guò)程；煤爆、 煤巖與瓦斯突出也是一個(gè)動(dòng)力過(guò)程；煤層頂板運(yùn)動(dòng)破壞也是一個(gè)動(dòng)力過(guò)程。它們?cè)诘貞?yīng)力 和采動(dòng)應(yīng)力的共同作用下，產(chǎn)生移動(dòng)變形，并會(huì)引起成巖物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的調(diào)整和某些物理 化學(xué)變化，其中必然包括能量的轉(zhuǎn)化和電子躍迀，如一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，或一部分固 有熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，并以電磁福射的形式表現(xiàn)出來(lái)；作為電磁福射之一的熱紅外福射溫 度的特征變化必然反應(yīng)上述物理化學(xué)過(guò)程，并會(huì)提供一些前兆信息；利用這些前兆信息，可 以進(jìn)行沖擊地壓災(zāi)害的實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)預(yù)警。
[0016] 能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煤體表面的紅外輻射能，分析后可起到實(shí)時(shí)預(yù)警，達(dá)到了本發(fā)明的目 的。
[0017] 優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明采用紅外輻射溫度變化進(jìn)行沖擊地壓前兆識(shí)別，其具有響應(yīng)速度極 快，能達(dá)到毫秒級(jí)；測(cè)量的溫度范圍較寬且精度高，可以分辨0. ore或更小；由于測(cè)取的是 物體表面的紅外輻射能，屬于非接觸測(cè)量，不用接觸被測(cè)物體，也不會(huì)干擾被測(cè)的溫度場(chǎng)； 可同時(shí)測(cè)量點(diǎn)溫、線(xiàn)溫和面溫；測(cè)量結(jié)果形象直觀；另外熱紅外監(jiān)測(cè)探頭可以回收重復(fù)使 用，操作簡(jiǎn)便，費(fèi)用較低，適用范圍較寬。
【附圖說(shuō)明】：
[0018] 圖1是本發(fā)明監(jiān)測(cè)裝置安裝示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0020] 實(shí)施例1 :如圖1所示，該識(shí)別方法的裝置包含井下和井上兩部分，井下部分包括 熱紅外監(jiān)測(cè)探頭、井下監(jiān)測(cè)分站、環(huán)網(wǎng)交換機(jī)和電纜和光纜；井上部分包括地面監(jiān)測(cè)主機(jī)、 數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。
[0021] 識(shí)別方法為：先通過(guò)對(duì)煤樣試塊進(jìn)行沖擊破壞試驗(yàn)，并通過(guò)紅外監(jiān)測(cè)成像儀對(duì)煤 樣試塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)紅外輻射溫度變化，依次確定預(yù)測(cè)沖擊破壞的溫度臨界值T ni及溫度變化率 臨界值A(chǔ)ni，從而得出煤樣試塊沖擊破壞的紅外輻射溫度信號(hào)變化前兆規(guī)律；井下現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用 時(shí)，將熱紅外監(jiān)測(cè)探頭將監(jiān)測(cè)區(qū)域煤體表面的紅外輻射溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，通過(guò)光纖 將信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛姹O(jiān)測(cè)主機(jī)中，或直接通過(guò)電纜將紅外輻射溫度信號(hào)傳輸至地面監(jiān)測(cè) 主機(jī)中；采用計(jì)算機(jī)配套軟件對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，并生成溫度變化曲線(xiàn)及視頻熱成像圖，通過(guò) 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示被測(cè)煤體的溫度場(chǎng)分布信息，系統(tǒng)可自動(dòng)將監(jiān)測(cè)的信號(hào)與試驗(yàn)得