基于紅外輻射溫度場的沖擊地壓災害前兆識別的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種煤礦沖擊地壓災害前兆識別的方法，特別是一種基于紅外輻射溫 度場的沖擊地壓災害前兆識別的方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，煤礦生產(chǎn)過程中，隨著開采深度和強度的增加，礦震活動日益頻繁，能量 的釋放使礦壓顯現(xiàn)越來越嚴重，甚至出現(xiàn)沖擊地壓，造成嚴重災害；然而，基于"動靜載疊 加"誘發(fā)沖擊地壓的機理，在我國西部埋深較淺的煤層開采過程中也出現(xiàn)了沖擊地壓災害， 造成了重大損失。煤巖體中的壓力超過強度極限，聚積在巷道或采場周圍煤巖體中的能量 突然釋放，在井巷發(fā)生爆炸性事故，動力將煤巖拋向巷道，同時發(fā)出劇烈聲響，是一種開采 誘發(fā)的礦山地震，更是一種災害，不僅造成井巷破壞、人員傷亡、地面建筑物破壞，還會引發(fā) 瓦斯、煤塵爆炸以及水災，干擾通風系統(tǒng)，嚴重威脅著煤礦的生產(chǎn)安全。由于沖擊地壓災害 發(fā)生的時間與地域具有多樣性和突發(fā)性，因此，對其進行預測預警也就成為世界性難題。沖 擊地壓的發(fā)生機理，發(fā)生過程較為復雜，目前，這些技術還存在很多不足，比如應力在線監(jiān) 測實時監(jiān)測系統(tǒng)靈敏度較低，費用高；彈性波CT反演技術還不能做到實時預警；微震法和 聲發(fā)射技術及電磁輻射技術誤差較大、準確率比較低。

【發(fā)明內容】

[0003] 針對上述現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供一種基于紅外輻射溫度場的沖擊地壓 災害前兆識別的方法，能實時監(jiān)測煤體表面的紅外輻射能，分析后可起到實時預警。
[0004] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：該沖擊地壓災害前兆識別方法的 步驟包括：
[0005] (1)在井下待監(jiān)測區(qū)域煤體中取樣，加工成至少N個煤樣試塊，對煤樣試塊進行沖 擊破壞實驗，同時利用熱紅外成像儀對煤樣試塊從施加預應力到煤樣試塊發(fā)生沖擊破壞整 個過程中的紅外輻射溫度變化進行監(jiān)測，確定預測沖擊破壞的溫度臨界值T ni及溫度變化率 臨界值Ani，從而得出煤樣試塊沖擊破壞的紅外輻射溫度信號變化前兆規(guī)律；
[0006]
(a)
[0007] (a)式中，T為監(jiān)測區(qū)域在t時刻的溫度，A為Δ t時間段內的溫度變化率。
[0008] (2)將M個熱紅外監(jiān)測探頭依照10-20m的間距布設在工作面前方回采巷道內，其 中地質構造較復雜區(qū)域可以增加1-2個熱紅外監(jiān)測探頭的布置，通過多芯通信電纜，將熱 紅外監(jiān)測探頭實時監(jiān)測的輻射溫度信號傳入井下監(jiān)測分站；
[0009] (3)井下監(jiān)測分站將實時紅外輻射溫度信號轉化為光信號，經(jīng)環(huán)網(wǎng)交換機由主光 纜傳輸至地面監(jiān)測主機，或者直接將實時紅外輻射溫度信號通過電纜傳輸至地面監(jiān)測主 機；
[0010] (4)地面監(jiān)測主機通過數(shù)據(jù)處理計算機的相關配套軟件對傳入的實時紅外輻射溫 度進行信號處理；
[0011] (5)數(shù)據(jù)處理計算機將處理后的信號繪制出紅外輻射溫度變化曲線及生成視頻熱 成像圖，確定紅外輻射溫度場；
[0012] (6)通過遠程監(jiān)控系統(tǒng)實時顯示被測煤體的溫度場分布信息，系統(tǒng)可自動將監(jiān)測 的信號與試驗得到的臨界指標T ni和A "進行對比，對沖擊危險進行預測預警，若監(jiān)測的紅外 輻射溫度達到或超過臨界值Tni，或者溫度變化率達到或超過臨界值A ni，即有沖擊危險，需要 采取卸壓解危措施；若兩者都小于相應的臨界值，則無沖擊危險；溫度信號可以作為沖擊 地壓災害前兆識別的一種信號。
[0013] 所述的煤樣試塊形狀為Φ 50mmXHlOOmm的圓柱體或為50mmX 50mmX IOOmm的長 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)測區(qū)域而確定，N多20, M多30。
[0014] 所述的熱紅外監(jiān)測探頭測得的溫度信號分為點、線、面三種，分別為點的溫度變化 曲線，線的最高、最低以及平均溫度變化曲線，面的最高、最低以及平均溫度變化曲線，面的 視頻熱成像圖，最后得到溫度場分布信息。
[0015] 有益效果，由于采用了上述方案，煤柱承載直到屈服破壞，是一個動力過程；煤爆、 煤巖與瓦斯突出也是一個動力過程；煤層頂板運動破壞也是一個動力過程。它們在地應力 和采動應力的共同作用下，產(chǎn)生移動變形，并會引起成巖物質內部結構的調整和某些物理 化學變化，其中必然包括能量的轉化和電子躍迀，如一部分機械能轉化為熱能，或一部分固 有熱能轉化為機械能，并以電磁福射的形式表現(xiàn)出來；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上述物理化學過程，并會提供一些前兆信息；利用這些前兆信息，可 以進行沖擊地壓災害的實時在線監(jiān)測預警。
[0016] 能實時監(jiān)測煤體表面的紅外輻射能，分析后可起到實時預警，達到了本發(fā)明的目 的。
[0017] 優(yōu)點：本發(fā)明采用紅外輻射溫度變化進行沖擊地壓前兆識別，其具有響應速度極 快，能達到毫秒級；測量的溫度范圍較寬且精度高，可以分辨0. ore或更??；由于測取的是 物體表面的紅外輻射能，屬于非接觸測量，不用接觸被測物體，也不會干擾被測的溫度場； 可同時測量點溫、線溫和面溫；測量結果形象直觀；另外熱紅外監(jiān)測探頭可以回收重復使 用，操作簡便，費用較低，適用范圍較寬。
【附圖說明】：
[0018] 圖1是本發(fā)明監(jiān)測裝置安裝示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0020] 實施例1 :如圖1所示，該識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)測探頭、井下監(jiān)測分站、環(huán)網(wǎng)交換機和電纜和光纜；井上部分包括地面監(jiān)測主機、 數(shù)據(jù)處理計算機和遠程監(jiān)控系統(tǒng)。
[0021] 識別方法為：先通過對煤樣試塊進行沖擊破壞試驗，并通過紅外監(jiān)測成像儀對煤 樣試塊實時監(jiān)測紅外輻射溫度變化，依次確定預測沖擊破壞的溫度臨界值T ni及溫度變化率 臨界值Ani，從而得出煤樣試塊沖擊破壞的紅外輻射溫度信號變化前兆規(guī)律；井下現(xiàn)場應用 時，將熱紅外監(jiān)測探頭將監(jiān)測區(qū)域煤體表面的紅外輻射溫度信號轉化為光信號，通過光纖 將信號實時傳輸?shù)降孛姹O(jiān)測主機中，或直接通過電纜將紅外輻射溫度信號傳輸至地面監(jiān)測 主機中；采用計算機配套軟件對信號進行處理，并生成溫度變化曲線及視頻熱成像圖，通過 遠程監(jiān)控系統(tǒng)實時顯示被測煤體的溫度場分布信息，系統(tǒng)可自動將監(jiān)測的信號與試驗得