CN106370306A - 一种岩爆灾害红外热像预警识别的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于矿山安全领域，涉及一种岩爆灾害红外热像预警识别的方法。其特征是在目标岩体周围确定监测区域并进行编号，安装红外热像监测系统并实时监测，然后绘制出岩石平均温度‑应力‑时间的曲线图，分析岩石平均温度和应力变化情况，实现对岩爆灾害预警的识别。该方法施工简单、效果良好，具有较高的可靠性和准确度，降低了岩爆灾害误报漏报的可能性，大大提高岩爆灾害预警的准确度和灵敏性，能够改善施工安全环境，避免人员和设备的损失。本发明主要适用于矿山岩体发生破裂失稳时的岩爆动力灾害预警，尤其当工程岩体为硬岩时效果更为显著。
Description
技术领域
本发明属于矿山安全领域，涉及一种采用红外热像监测系统实现岩爆灾害预警关键点识别的方法，适用于深部硬岩矿山开采、隧道开挖等岩爆灾害预警。
技术背景
近年来，在采矿和隧道等领域，采掘活动已向深部扩展，促使岩爆等动力灾害变得比以往更容易发生。现有的岩爆监测预警设备及技术手段的不足日渐凸显，岩爆灾害红外热像预警通过监测岩石破裂时应力和表面温度变化，推演岩石失稳破坏时的红外辐射前兆，从而实现对岩爆灾害的监测和预警。
当前岩爆预警常规运用手段及方法不够多样，多以声发射、微震等为主，在实际工程应用中极易出现预警误报误判、预警滞后等效果不佳情况，尤其地质情况复杂的工程区域更为凸显，对工程进度及人员设备安全造成较大影响。鉴于岩爆灾害预警手段及方法多样性，特此提出一种新的岩爆预警方法，即岩爆灾害红外热像预警的识别方法，该方法既操作简单、判别速度快、效果好，又能够较准确判断岩体发生岩爆灾害的时间、地点，并易于实现灾前预警，同时还具有较好的普适性。
发明内容
本发明针对矿山岩体岩爆预警手段不足、预警效果差等问题，提出了一种岩爆灾害红外热像预警识别的方法，该方法通过红外热像设备对目标岩体表面温度的实时监测与目标岩体受载过程应力变化相互结合的新方式来实现工程岩体岩爆实时准确预警，不但操作简单，并且能够大大提高岩爆预警的准确度和灵敏性。
一种岩爆灾害红外热像预警识别的方法，其特征在于：
(1)该岩爆灾害红外热像预警识别方法由地表监测站6、井下数据交换中心4、数据采集仪3和传感器1四大部分组成。
(2)本发明的岩爆灾害红外热像预警识别方法分为地表和地下两大部分，首先根据采矿工程的开拓、采准巷道布置，初步选择基本的监测范围，然后在此监测范围内，合理布置传感器1，对传感器1的位置进行优化分析，确保目标监测区域的监测技术指标满足要求，并使监测范围达到最优。地表监测站6设在矿山工业广场内，井下数据交换中心4布置在井下较为稳固的岩层硐室中，传感器1阵列布置在监测区的围岩岩体内。传感1器接收到原始红外信号以后将其转变为模拟信号，通过电缆2传输到红外热像监测系统的数据采集仪3，数据采集仪3所接收的模拟信号通过电缆2与井下数据交换中心4相连，数据交换中心4将此模拟信号转变为数字信号并通过光缆5传输至地表监测站6，经计算机上的数据处理软件及图像显示分析软件对红外信号进行多方面的处理，实现对监测区域岩体的平均温度和应力变化进行分析，并可以在计算机上实现实时显示监控。
(3)本发明所述的在岩石塑性变形阶段(D-E段)中的平均温度变化异常作为一个重要的红外监测点，表示岩石在塑性变形阶段后期单位时间内的温度变化。岩石平均温度变化异常包括岩石在后塑性变形阶段中平均温度从上升到下降的转折点①和平均温度从下降又到上升的转折点②。其中①可以定义为岩石破裂一个预警点，②可以定义为岩石破裂失稳的预警关键点。应力大小是衡量岩石受载情况以及判断岩石进入塑性变形阶段的一个重要参量。对岩石进行红外辐射分析时，应力随时间的变化曲线可以表征岩石从开始变形，逐渐破坏，到最终失去承载能力的整个过程。
(4)该方法岩爆预警识别过程如下所述：
1)在监测目标区域合理布置传感器1；
2)根据现场实际铺设电缆2使传感器1与数据采集仪3相连；
3)考虑井下条件合理布置数据交换中心4并将其通过电缆2与数据采集仪3相连，通过光缆5将捕获的信号由数据交换中心4传输至地表监测站6；
4)通过地表监测站6计算机上的数据处理软件及图像显示分析软件对红外信号进行多方面的处理，分析岩石表面温度变化过程，绘制岩石平均温度-应力-时间的曲线图，实现对区域岩石应力和表面温度变化的实时监测；
5)根据岩石平均温度-应力-时间曲线图进行岩爆预警识别。岩石受压后立即进入原始裂纹压密阶段，该过程中岩石平均温度在一开始是下降的，并在早期阶段出现显著波动，随着应力的增大，开始保持相对稳定；然后进入弹性变形阶段，平均温度随应力稳定上升，应力-时间曲线几乎是线性的；接着进入塑性变形阶段，应力-时间曲线下凹，发生了明显的屈服现象，平均温度不断动态变化，并且在整个加载过程中，平均温度迅速上升且在峰值应力处增至最大值；进入后破坏阶段后，应力急剧下降到零，平均温度也在应力峰值后迅速下降。因此，受载岩石进入塑性变形阶段后的平均温度变化异常可作为岩体即将发生破坏或岩爆灾害的前兆信息，可以将塑性变形阶段的岩石平均温度变化异常定义为岩爆灾害发生的预警关键点，实现岩爆灾害的红外热像预警和识别。
本发明岩爆灾害红外热像预警识别的方法，与传统岩爆预警方法具有较大不同，主要表现在以下几个方面：
(1)本发明方法具有灵敏度好、可靠度高等优点，与传统的岩爆灾害红外热像预警识别方法相比，该方法中传感器可检测的温度范围从10℃至40℃，可检测的温度精度为0.05℃；红外热像监测系统中传感器的空间分辨率为1.2毫弧度，最高的图形记录速率是每秒60帧，工作光谱范围从8到14μm，在连续几乎不吸收波长(8–14μm)中，发出的辐射通过大气时吸收率低且衰减很小，大大提高了红外检测的准确性和可靠度；并且，该红外热像监测系统采用图减法技术处理和分析相关数据，能够实时显示在受载过程中的红外辐射变化，可大幅提高红外监测的精度和灵敏度。
(2)本发明方法所采用的红外热像监测系统具有动态、三维、实时监测的特点，可根据岩石受载情况确定岩石的破裂尺度和性质，还可以给出监控煤岩体破坏的时间、位置并能够提前预报岩爆灾害。因此，该方法可以使技术、管理人员等有较为充足的时间采取相关防范措施，极大限度地降低了矿井的生命和财产损失。
(3)本发明适用于矿山岩体发生破裂失稳时的岩爆动力灾害预警，尤其当工程岩体为硬岩时效果更为显著。
附图说明
图1为本发明岩爆预警红外热像监测系统现场实施图；
图2为本发明岩爆预警红外热像监测原理图。
图3为本发明红外热传感器在巷道中的布置剖面示意图；
图4为本发明红外热像传感器在巷道中的布置平面示意图；
图5为本发明红外热像岩爆预警机制过程示意图。
图中：1—传感器；2—电缆；3—数据采集仪；4—井下数据交换中心；5—光缆；6—地表控制室。
具体实施方式
本发明整个岩爆监测预警过程如下述过程进行：
(1)确定需要岩爆监测预警区域，将重点监测预警区域划分并进行编号，所获岩石平均温度和应力的变化等数据均按各区域编号一一对应，建立监测网络。
(2)安装红外辐射监测系统：按照设计在所要监测的区域合理布置传感器1，将传感器1、数据采集仪3、井下数据交换中心4用电缆2相连，通过光缆5将数据交换中心4与地表监测站6相连，完成监测系统的安装。
(3)在地表监测站6的计算机上运行的数据处理软件及图像显示分析软件，设置相关参数，实时监测数据，处理和分析岩石平均温度和应力的变化，绘制岩石平均温度-应力-时间曲线图。
(4)根据岩石平均温度-应力-时间曲线图的变化进行岩爆预警识别。在岩体受载过程中，岩石平均温度会发生阶段性变化，与压力的变化是基本一致，温度场和受力场存在一个良好的对应关系。在岩石后塑性变形阶段(D-E段)中可以观察到岩石平均温度上升下降再上升的异常变化，可作为岩石将要失稳破裂的红外辐射前兆。将岩石在后塑性阶段(D-E段)中平均温度由上升到下降的转折点①作为岩爆灾害的预警点，将岩石平均温度从下降又到上升的转折点②作为岩爆灾害的预警关键点，岩石平均温度越过预警关键点后将发生失稳破坏。因此，岩石受载后在塑性阶段后期的温度异常变化可作为岩爆灾害红外热像预警的关键识别点。
Claims (2)
1.一种岩爆灾害红外热像预警识别的方法，其特征在于采用红外热像监测系统对岩体开挖后目标区域的岩石平均温度和应力的变化进行监测分析，作为目标岩体发生岩爆灾害的前兆信息，具体步骤如下：
(1)对监测预警区域施行编号处理，所获岩石平均温度及应力的变化等数据与各区域编号一一对应，建立监测网络。
(2)在监测的区域合理布置传感器1，将传感器1、数据采集仪3、井下数据交换中心4等用电缆2相连，通过光缆5将数据交换中心4与地表监测站6相连，完成监测系统的安装。
(3)对数据处理软件进行相关参数设置，实时监测数据，处理和分析岩石平均温度和应力的变化，绘制岩石平均温度-应力-时间曲线图。
(4)根据岩石平均温度-应力-时间曲线图的变化进行岩爆预警识别。在岩石塑性变形阶段中可以观察到岩石平均温度上升下降再上升的异常变化，可作为岩石将要发生失稳破裂的红外辐射前兆。将岩石平均温度上升到下降的转折点①作为岩爆灾害预警点，将岩石平均温度从下降又到上升的转折点②作为岩爆灾害的预警关键点，岩石平均温度越过关键预警点后，岩石将发生失稳破坏。
2.根据权利要求1所述一种岩爆灾害红外热像预警识别的方法，其特征在于：由地表监测站6、井下数据交换中心4、数据采集仪3和传感器1四大部分组成；红外热像监测系统的工作方法是：传感器1将接收到监测区域的岩体红外信号转换为模拟信号，通过电缆2传输至数据采集仪3，数据采集仪3将所接收的模拟信号通过电缆2传输至井下数据交换中心4，井下数据交换中心4将模拟信号转换成数字信号，并通过光缆5传输至地表控制室6，由地表控制室6计算机上运行的数据处理软件及图像显示分析软件对信号进行处理和分析，并在计算机上实时监控区域的红外热像，实现对目标区域的岩爆灾害监测预警。
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|---|---|
| CN (1) | CN106370306B (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108801781A (zh) * | 2017-04-27 | 2018-11-13 | 中国航空制造技术研究院 | 一种构件的物理屈服点位置和应力水平的测定方法 |
| CN111520192A (zh) * | 2020-05-15 | 2020-08-11 | 中铁十六局集团有限公司 | 非接触式隧道工程施工岩爆实时预报优化方法 |
| CN111520193A (zh) * | 2020-05-15 | 2020-08-11 | 中铁十六局集团有限公司 | 非接触式隧道工程施工岩爆实时预报方法 |
| CN111811924A (zh) * | 2020-07-06 | 2020-10-23 | 安徽理工大学 | 一种判别岩石扩容起始点的红外试验方法 |
| CN111982964A (zh) * | 2020-07-08 | 2020-11-24 | 武汉工程大学 | 一种岩爆红外监测的装置及方法 |
| CN116740329A (zh) * | 2023-06-20 | 2023-09-12 | 武汉工程大学 | 一种基于红外监测技术下的深部巷道岩爆防控方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102505965A (zh) * | 2011-11-11 | 2012-06-20 | 中国矿业大学(北京) | 一种岩体破坏失稳预警识别的方法 |
| CN103670516A (zh) * | 2013-12-27 | 2014-03-26 | 中国矿业大学(北京) | 一种岩爆灾害微震监测预警关键点的识别方法 |
| CN204462405U (zh) * | 2015-04-03 | 2015-07-08 | 中国矿业大学(北京) | 一种基于声发射的岩爆前兆预警系统 |
| WO2015176615A1 (zh) * | 2014-05-22 | 2015-11-26 | 马立强 | 一种煤岩裂隙发育红外辐射监测试验方法 |
-
2016
- 2016-09-14 CN CN201610826067.XA patent/CN106370306B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102505965A (zh) * | 2011-11-11 | 2012-06-20 | 中国矿业大学(北京) | 一种岩体破坏失稳预警识别的方法 |
| CN103670516A (zh) * | 2013-12-27 | 2014-03-26 | 中国矿业大学(北京) | 一种岩爆灾害微震监测预警关键点的识别方法 |
| WO2015176615A1 (zh) * | 2014-05-22 | 2015-11-26 | 马立强 | 一种煤岩裂隙发育红外辐射监测试验方法 |
| CN204462405U (zh) * | 2015-04-03 | 2015-07-08 | 中国矿业大学(北京) | 一种基于声发射的岩爆前兆预警系统 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 张艳博 等: "基于多物理场参数变化的花岗岩巷道岩爆前兆模拟实验研究", 《岩石力学与工程学报》, vol. 33, no. 7, pages 1347 - 1357 * |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108801781A (zh) * | 2017-04-27 | 2018-11-13 | 中国航空制造技术研究院 | 一种构件的物理屈服点位置和应力水平的测定方法 |
| CN111520192A (zh) * | 2020-05-15 | 2020-08-11 | 中铁十六局集团有限公司 | 非接触式隧道工程施工岩爆实时预报优化方法 |
| CN111520193A (zh) * | 2020-05-15 | 2020-08-11 | 中铁十六局集团有限公司 | 非接触式隧道工程施工岩爆实时预报方法 |
| CN111520192B (zh) * | 2020-05-15 | 2021-10-22 | 中铁十六局集团有限公司 | 非接触式隧道工程施工岩爆实时预报优化方法 |
| CN111811924A (zh) * | 2020-07-06 | 2020-10-23 | 安徽理工大学 | 一种判别岩石扩容起始点的红外试验方法 |
| CN111811924B (zh) * | 2020-07-06 | 2023-12-12 | 安徽理工大学 | 一种判别岩石扩容起始点的红外试验方法 |
| CN111982964A (zh) * | 2020-07-08 | 2020-11-24 | 武汉工程大学 | 一种岩爆红外监测的装置及方法 |
| CN111982964B (zh) * | 2020-07-08 | 2023-02-03 | 武汉工程大学 | 一种岩爆红外监测的装置及方法 |
| CN116740329A (zh) * | 2023-06-20 | 2023-09-12 | 武汉工程大学 | 一种基于红外监测技术下的深部巷道岩爆防控方法 |
| CN116740329B (zh) * | 2023-06-20 | 2024-03-12 | 武汉工程大学 | 一种基于红外监测技术下的深部巷道岩爆防控方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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