CN111579501B - 一种基于氢键破裂的煤岩介质识别系统及识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于氢键破裂的煤岩介质识别系统及识别方法，涉及煤岩介质识别技术领域。该系统包括试验样品制备装置、煤岩介质特征参数提取模块、光谱特征提取分析模块、氢键断裂检测模块及煤岩介质识别模块；试验样品制备装置制备基于不同冲击参数的煤岩试验样品；然后通过煤岩介质特征参数提取模块和光谱特征提取分析模块得到煤岩介质的图像特征参数和光谱特征参数；氢键断裂检测模块基于光谱特征参数得到煤岩试验样品的氢键断裂强数据并存储到数据库；煤岩介质识别模块基于氢键断裂强度数据得出煤岩介质图像特征参数与氢键断裂强度匹配规则，建立煤岩氢键断裂强度与煤岩介质图像特征参数模糊集匹配数据库与规则库，实现对煤岩介质的识别。

Description

一种基于氢键破裂的煤岩介质识别系统及识别方法

技术领域

本发明涉及煤岩介质识别技术领域，尤其涉及一种基于氢键破裂的煤岩介质识别系统及 识别方法。

背景技术

煤炭作为国家能源基石在短期内无法改变，根据国家发展改革委印发《能源技术革命创 新行动计划(2016-2030)》，到2030年重点煤矿区基本实现工作面无人化，随着采煤技术进 步与现代化井下设备的更新，采煤过程已基本实现综合机械化，但机械化采煤与无人化采煤 还有着很大的距离，而煤岩识别是采煤机环境智能感知亟需解决的关键技术之一。煤岩识别 是采煤机切割煤层时应尽量沿着煤层和岩层的分界面开采，当切割到岩层时要及时调整采煤 机滚筒高度避免造成欠/过切割，这一问题一直是国内外的研究热点，诸多学者也提出了许多 具有代表性的研究方法，如图像分析法、截割数据法、电磁法、T射线检测、雷达探测、振 动频谱、截齿测力、人工超声波检测、声波探测、红外测温、表面图像分析、近红外光谱， 各种方法都均存在一定局限性，由于煤岩特性不一、截割反馈信号滞后、预先预测精度不够， 很难找到一种可预测预判与截割实时反馈相统一方法来解决机器识别煤岩界面的问题。

基于目前采矿技术水平，煤岩识别受环境因素干扰不易识辨、致使界面识辨困难，由于 煤矿井下环境恶劣，传统的检测方法无法达到工程化效果，同时矿井开采深度已经超过600m， 随着采掘深度的逐年增加，地应力显著增大，冲击地压等煤岩动力灾害现象活动频繁。据不 完全统计，工作面事故占煤矿事故的75％以上，是造成人员伤亡的主要原因，占煤矿事故经 济损失的90％以上，可见，实现工作面“无人智能化”开采是解决人员伤亡事故和减少煤矿 事故经济损失的主要途径，而煤岩界面的精准识别是实现“井下无人智能化”安全开采的关 键。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于氢键破裂的煤岩介 质识别装置及识别方法，利用CCD相机和红外光谱仪采集煤岩介质受冲击破坏后的图像和光 谱信息，并分析煤岩介质受冲击破坏后的氢键断裂程度，完成基于氢键断裂强度分析对煤岩 介质进行识别。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一方面，本发明提供一种基于氢键破裂的煤岩介质识别系统，包括试验样品制备装置、 煤岩介质特征参数提取模块、光谱特征提取分析模块、氢键断裂检测模块及煤岩介质识别模 块；所述试验样品制备装置通过设置不同冲击载荷、冲击高度、冲击次数和冲击频率，得到 基于不同冲击参数的煤岩试验样品；所述煤岩介质特征参数提取模块采集煤岩试验样品的图 像，并通过图像特征提取方法，对煤岩介质图像的特征参数进行提取；所述光谱特征提取分 析模块采集煤岩试验样品的光谱信息，并对煤岩试验样品光谱信息进行预处理后提取光谱特 征参数；所述氢键断裂检测模块基于光谱特征参数完成对煤岩试验样品氢键断裂强度的判断； 所述煤岩介质识别模块基于氢键断裂强度数据得出煤岩介质图像特征参数与氢键断裂强度匹 配规则，建立煤岩氢键断裂强度与煤岩介质图像特征参数模糊集匹配数据库与规则库，完成 基于氢键断裂强度分析的煤岩介质识别。

优选地，所述试验样品制备装置包括冲击重块、侧挡板、底锤装置、底座、原煤岩材料、 重锤高度标度尺、电源线、冲击参数控制平台、弹簧加载链、应变片、钢丝铰绳提升释放装 置、液压加载油缸和数据信号传输线路；所述冲击重块和所述底锤装置配套工作，通过所述 钢丝铰绳提升释放装置对所述冲击重块进行提升释放，完成对所述原煤岩材料施加外冲击， 所述侧挡板和所述底座对所述试验样品制备装置起到了与外界隔离保护、稳固作用；所述弹 簧加载链安装联结于所述底锤装置和所述侧挡板之间，所述应变片安装于所述弹簧加载链表 面，两者配合工作相当于载荷测量装置，用于测量所述原煤岩材料受到的冲击载荷；所述冲 击参数控制平台通过所述数据信号传输线路设置不同冲击载荷、冲击高度、冲击次数、冲击 频率这些冲击参数，并对每次的试验数据进行记录，得到不同冲击参数下的煤岩试验样品； 所述液压加载油缸与冲击参数控制平台和钢丝铰绳提升释放装置连接，实现对所述冲击重块 的冲击高度进行调节，通过所述重锤高度标度尺能够在外界直接观测所述冲击重块的高度位 置；电源线与工业用电电源连接，对装置进行供电。

优选地，所述试验样品制备装置通过改变冲击重块的数量对冲击载荷参数进行调控；通 过冲击参数控制平台控制液压加载油缸使钢丝铰绳提升释放装置控制冲击重块的释放高度和 释放速度实现不同冲击高度和冲击频率的调控，通过重锤高度标度尺观测冲击重块的高度位 置。

优选地，所述煤岩介质特征参数提取模块通过CCD相机采集煤岩试验样品的图像，并通 过图像特征提取方法，对煤岩介质图像的颜色、灰度、纹理和形状特征这些特征参数进行提 取。

优选地，所述光谱特征提取分析模块包括光谱信息采集子模块、光谱信息提取子模块、 光谱数据处理子模块、光谱特征参数提取子模块；所述光谱信息采集子模块通过光谱相机采 集煤岩试验样品的纹理与光谱信息；所述光谱信息提取子模块完成对煤岩试验样品的可见- 近红外光谱的时间序列与空间分布信息进行提取，得到煤岩反射光谱数据曲线；所述光谱数 据处理子模块对煤、岩反射光谱数据曲线进行预处理，取两个曲线幅值差大于设定阈值的煤 岩差异段光谱带作为试验谱段区间；所述光谱特征参数提取子模块将预处理后的试验光谱特 征区段进行FFT时域变换后提取波长、能量、折射率和吸收率这些光谱特征参数。

优选地，所述氢键断裂检测模块通过对煤岩试验样品的光谱特征参数与氢键断裂强度进 行线性分析，找出与氢键相关联的特征参数，并建立该特征参数的光谱图像；然后对该特征 光谱图运用BrukerOpus软件进行基线处理及平滑处理，同时使用origin软件对光谱进行乘谱 处理，通过特征光谱图像峰值与谷值得到氢键断裂强度。

优选地，所述煤岩介质识别模块包括氢键断裂强度数据库、煤岩图像与氢键断裂强度规 则匹配子模块和煤岩介质模糊匹配识别子模块；

所述氢键断裂强度数据库基于氢键断裂检测模块所得的氢键断裂强度数据进行构建；所 述煤岩图像与氢键断裂强度规则匹配子模块对煤岩介质图像特征参数与煤岩介质氢键断裂强 度进行相关性分析，得到煤岩介质与氢键断裂强度匹配规则；所述煤岩介质模糊匹配识别子 模块完成基于氢键断裂强度分析的煤岩介质模糊匹配识别。

优选地，所述煤岩图像与氢键断裂强度规则匹配子模块从氢键断裂强度数据库中提取氢 键断裂强度数据，并运用相关系数法对煤岩介质图像特征参数与煤岩氢键断裂强度进行相关 性分析，进而得到煤岩介质与氢键断裂强度的匹配规则。

优选地，所述煤岩介质模糊匹配识别子模块结合偏最小二乘(PLS)回归建立煤岩氢键断裂 强度与煤岩介质图像特征参数模糊集匹配数据库与规则库，完成基于氢键断裂强度的煤岩介 质识别。

另一方面，本发明还提供一种基于氢键破裂的煤岩介质识别方法，包括以下步骤：

步骤1、试验样品制备装置通过设置不同冲击载荷、冲击高度、冲击次数和冲击频率， 得到基于不同冲击参数的煤岩试验样品；

步骤2、煤岩介质特征参数提取模块通过CCD相机采集煤岩试验样品的图像，并通过运 用主成分分析(PCA)和独立成分分析(ICA)图像特征提取方法，对煤岩介质图像的颜色、 灰度、纹理和形状特征这些特征参数进行提取；

步骤3、光谱特征提取分析模块采集煤岩试验样品的光谱信息，并对煤岩试验样品光谱 信息进行预处理并提取光谱特征参数；

光谱特征提取分析模块通过光谱相机采集煤岩试验样品的纹理与光谱信息；对煤岩试验 样品的可见-近红外光谱的时间序列与空间分布信息进行提取，得到反射光谱数据曲线；然后 使用一阶微分(FD)、二阶微分(SD)、连续统去除(CR)、标准正态变量变换(SNV)对煤、岩反射 光谱数据曲线进行预处理，取两个曲线幅值差大于设定阈值煤岩差异段光谱带作为试验谱段 区间；将预处理后的试验光谱特征区段进行FFT时域变换后提取波长、能量、折射率和吸收 率这些光谱特征参数；

步骤4、氢键断裂检测模块基于光谱特征参数获得煤岩试验样品氢键断裂强度数据；

氢键断裂检测模块通过对煤岩试验样品的光谱特征参数与氢键断裂强度进行线性分析， 找出与氢键相关联的特征参数，并建立该特征参数的光谱图像，然后对该谱图运用BrukerOpus 软件进行基线处理及平滑处理，同时使用origin软件对光谱进行乘谱处理，通过特征光谱图 像峰值与谷值得到氢键断裂强度；

步骤5、煤岩介质识别模块建立氢键断裂强度数据库，并将氢键断裂强度数据保存到该 数据库；然后基于氢键断裂强度数据得出煤岩介质图像特征参数与氢键断裂强度匹配规则， 建立煤岩氢键断裂强度与煤岩图像特征参数模糊集匹配数据库与规则库，完成基于氢键断裂 强度分析的煤岩介质识别。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的一种基于氢键破裂的煤岩介质 识别系统及方法，能够构建基于不同冲击参数的煤岩试验样本，对这些煤岩试验样本进行图 像特征参数信息和光谱特征信息提取，进而确定不能冲击参数下的煤岩试验样本的氢键断裂 程度，再根据氢键断裂程度与图像特征参数之间的关系进行煤岩介质的识别；采用基于氢键 断裂强度对煤岩介质识别，可避免由于煤岩特性不一、截割反馈信号滞后、预测精度不够而 带来的煤岩识别受环境因素干扰不易识辨、致使界面识辨困难的问题。本发明系统为实验室 模拟实验，可运用超大比例尺模型试验推广至实际工程中运用，为微观角度预测煤岩动力灾 害提供理论依据。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于氢键破裂的煤岩介质识别系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的试验样品制备装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种基于氢键破裂的煤岩介质识别方法的流程图。

图中：1、冲击重块；2、侧挡板；3、底锤装置；4、底座；5、原煤岩材料；6、重锤高 度标度尺；7、电源线；8、冲击参数控制平台；9、弹簧加载链；10、应变片；11、钢丝铰绳 提升释放装置；12、液压加载油缸；13、数据信号传输线路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于 说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施例中，一种基于氢键破裂的煤岩介质识别系统，如图1所示，包括试验样品制备 装置、煤岩介质特征参数提取模块、光谱特征提取分析模块、氢键断裂检测模块及煤岩介质 识别模块；所述试验样品制备装置通过设置不同冲击载荷、冲击高度、冲击次数和冲击频率， 得到基于不同冲击参数的煤岩试验样品；所述煤岩介质特征参数提取模块采集煤岩试验样品 的图像，并通过图像特征提取方法，对煤岩介质图像的特征参数进行提取；所述光谱特征提 取分析模块采集煤岩试验样品的光谱信息，并对煤岩试验样品光谱信息进行预处理后提取光 谱特征参数；所述氢键断裂检测模块基于光谱特征参数完成对煤岩试验样品氢键断裂强度的 判断；所述煤岩介质识别模块基于氢键断裂强度数据得出煤岩介质图像特征参数与氢键断裂 强度匹配规则，建立煤岩氢键断裂强度与煤岩介质图像特征参数模糊集匹配数据库与规则库， 完成基于氢键断裂强度分析的煤岩介质识别。

本实施例中，试验样品制备装置如图2所示，包括冲击重块1、侧挡板2、底锤装置3、底座4、原煤岩材料5、重锤高度标度尺6、电源线7、冲击参数控制平台8、弹簧加载链9、 应变片10、钢丝铰绳提升释放装置11、液压加载油缸12和数据信号传输线路13；冲击重块 1和底锤装置3配套工作，通过钢丝铰绳提升释放装置11对冲击重块1进行提升释放，完成 对原煤岩材料5施加外冲击，侧挡板2和底座4对试验样品制备装置起到了与外界隔离保护、 稳固作用；弹簧加载链19安装联结于底锤装置3和侧挡板2之间，应变片10安装于弹簧加 载链9表面，两者配合工作相当于载荷测量装置，用于测量原煤岩材料5受到的冲击载荷； 冲击参数控制平台8通过数据信号传输线路13设置不同冲击载荷、冲击高度、冲击次数、冲 击频率这些冲击参数，并对每次的试验数据进行记录，得到不同冲击参数下的煤岩试验样品； 液压加载油缸12与冲击参数控制平台8和钢丝铰绳提升释放装置11连接，实现对冲击重块 1的冲击高度进行调节，通过重锤高度标度尺6能够在外界直接观测冲击重块1的高度位置；该试验样品制备装置通过电源线7与工业380v用电电源连接，对装置进行供电。

试验样品制备模块通过改变冲击重块1的数量调控得到不同冲击载荷参数；通过冲击参 数控制平台8控制液压加载油缸12使钢丝铰绳提升释放装置11控制冲击重块1的释放高度 和释放速度实现不同冲击高度和冲击频率，并通过重锤高度标度尺6直接观测得到冲击重块 1的高度位置。

煤岩介质特征参数提取模块通过CCD相机采集煤岩试验样品的图像，并通过图像特征提 取方法，对煤岩介质图像的颜色、灰度、纹理和形状特征这些特征参数进行提取。

光谱特征提取分析模块包括光谱信息采集子模块、光谱信息提取子模块、光谱数据处理 子模块、光谱特征参数提取子模块；所述光谱信息采集子模块通过光谱相机采集煤岩试验样 品的纹理与光谱信息；所述光谱信息提取子模块完成对煤岩试验样品的可见-近红外光谱的时 间序列与空间分布信息进行提取，得到煤岩反射光谱数据曲线；所述光谱数据处理子模块对 煤、岩反射光谱数据曲线进行预处理，取两个曲线幅值差大于设定阈值的煤岩差异段光谱带 作为试验谱段区间；所述光谱特征参数提取子模块将预处理后的试验光谱特征区段进行FFT 时域变换后提取波长、能量、折射率和吸收率这些光谱特征参数。

氢键断裂检测模块通过对煤岩试验样品的光谱特征参数与氢键断裂强度进行线性分析， 找出与氢键相关联的特征参数，并建立该特征参数的光谱图像；然后对该特征光谱图运用 BrukerOpus软件进行基线处理及平滑处理，同时使用origin软件对光谱进行乘谱处理，通过 特征光谱图像峰值与谷值得到对氢键断裂强度；

煤岩介质识别模块包括氢键断裂强度数据库、煤岩图像与氢键断裂强度规则匹配子模块 和煤岩介质模糊匹配识别子模块；所述氢键断裂强度数据库基于氢键断裂检测模块所得的氢 键断裂强度数据进行构建；所述煤岩图像与氢键断裂强度规则匹配子模块对煤岩介质图像特 征参数与煤岩介质氢键断裂强度进行相关性分析，得到煤岩介质与氢键断裂强度匹配规则； 所述煤岩介质模糊匹配识别子模块完成基于氢键断裂强度分析的煤岩介质模糊匹配识别。煤 岩图像与氢键断裂强度规则匹配子模块从氢键断裂强度数据库中提取氢键断裂强度数据，并 运用相关系数法对煤岩介质图像特征参数与煤岩氢键断裂强度进行相关性分析，进而得到煤 岩介质与氢键断裂强度的匹配规则。煤岩介质模糊匹配识别子模块结合偏最小二乘(PLS)回归 建立煤岩氢键断裂强度与煤岩介质图像特征参数模糊集匹配数据库与规则库，完成基于氢键 断裂强度的煤岩介质识别。

本实施例中，一种基于氢键破裂的煤岩介质识别方法，如图3所示，包括以下步骤：

步骤1、试验样品制备装置通过设置不同冲击载荷、冲击高度、冲击次数和冲击频率， 得到基于不同冲击参数的煤岩试验样品；

本实施例中，试验样品制备装置中的冲击参数控制平台8通过数据信号传输线路13设置 不同冲击载荷、冲击高度、冲击次数、冲击频率这些冲击参数，并对每次的试验数据进行记 录，得到不同冲击参数下的煤岩试验样品；通过改变冲击重块1的数量对冲击载荷参数进行 调控；通过冲击参数控制平台8控制液压加载油缸12使钢丝铰绳提升释放装置11控制冲击 重块1的释放高度和释放速度实现不同冲击高度和冲击频率的调控，冲击重块1的高度位置 通过重锤高度标度尺6直接观测；

步骤2、煤岩介质特征参数提取模块通过CCD相机采集煤岩试验样品的图像，并通过运 用主成分分析(PCA)和独立成分分析(ICA)图像特征提取方法，对煤岩介质图像的颜色、 灰度、纹理和形状特征这些特征参数进行提取；

步骤3、光谱特征提取分析模块采集煤岩试验样品的光谱信息，并对煤岩试验样品光谱 信息进行预处理并提取光谱特征参数；

光谱特征提取分析模块通过光谱相机采集煤岩试验样品的纹理与光谱信息；对煤岩试验 样品的可见-近红外光谱的时间序列与空间分布信息进行提取，得到反射光谱数据曲线；然后 使用一阶微分(FD)、二阶微分(SD)、连续统去除(CR)、标准正态变量变换(SNV)对煤、岩反射 光谱数据曲线进行预处理，取两个曲线幅值差大于设定阈值煤岩差异段光谱带作为试验谱段 区间；将预处理后的试验光谱特征区段进行FFT时域变换后提取波长、能量、折射率和吸收 率这些光谱特征参数；

步骤4、氢键断裂检测模块基于光谱特征参数获得煤岩试验样品氢键断裂强度数据；

氢键断裂检测模块通过对煤岩试验样品的光谱特征参数与氢键断裂强度进行线性分析， 找出与氢键相关联的特征参数，并建立该特征参数的光谱图像，然后对该谱图运用BrukerOpus 软件进行基线处理及平滑处理，同时使用origin软件对光谱进行乘谱处理，通过特征光谱图 像峰值与谷值得到氢键断裂强度；

步骤5、煤岩介质识别模块建立氢键断裂强度数据库，并将氢键断裂强度数据保存到该 数据库；然后基于氢键断裂强度数据得出煤岩介质图像特征参数与氢键断裂强度匹配规则， 建立煤岩氢键断裂强度与煤岩图像特征参数模糊集匹配数据库与规则库，完成基于氢键断裂 强度分析的煤岩介质识别。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照 前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前 述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而 这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种基于氢键破裂的煤岩介质识别系统，包括试验样品制备装置、煤岩介质特征参数提取模块、光谱特征提取分析模块、氢键断裂检测模块及煤岩介质识别模块；所述试验样品制备装置通过设置不同冲击载荷、冲击高度、冲击次数和冲击频率，得到基于不同冲击参数的煤岩试验样品；所述煤岩介质特征参数提取模块采集煤岩试验样品的图像，并通过图像特征提取方法，对煤岩介质图像的特征参数进行提取；所述光谱特征提取分析模块采集煤岩试验样品的光谱信息，并对煤岩试验样品光谱信息进行预处理后提取光谱特征参数；所述氢键断裂检测模块基于光谱特征参数完成对煤岩试验样品氢键断裂强度的判断；所述煤岩介质识别模块基于氢键断裂强度数据得出煤岩介质图像特征参数与氢键断裂强度匹配规则，建立煤岩氢键断裂强度与煤岩介质图像特征参数模糊集匹配数据库与规则库，完成基于氢键断裂强度分析的煤岩介质识别。

2.根据权利要求1所述的一种基于氢键破裂的煤岩介质识别系统，其特征在于：所述试验样品制备装置包括冲击重块、侧挡板、底锤装置、底座、原煤岩材料、重锤高度标度尺、电源线、冲击参数控制平台、弹簧加载链、应变片、钢丝铰绳提升释放装置、液压加载油缸和数据信号传输线路；所述冲击重块和底锤装置配套工作，通过钢丝铰绳提升释放装置对冲击重块进行提升释放，完成对原煤岩材料施加外冲击；所述弹簧加载链安装联结于底锤装置和侧挡板之间，所述应变片安装于弹簧加载链表面，两者配合工作相当于载荷测量装置，用于测量原煤岩材料受到的冲击载荷；所述冲击参数控制平台通过数据信号传输线路设置不同冲击载荷、冲击高度、冲击次数、冲击频率这些冲击参数，并对每次的试验数据进行记录，得到不同冲击参数下的煤岩试验样品；所述液压加载油缸与冲击参数控制平台和钢丝铰绳提升释放装置连接，实现对冲击重块的冲击高度进行调节，通过重锤高度标度尺能够在外界直接观测冲击重块的高度位置；电源线与工业用电电源连接，对装置进行供电。

3.根据权利要求2所述的一种基于氢键破裂的煤岩介质识别系统，其特征在于：所述试验样品制备装置通过改变冲击重块的数量对冲击载荷参数进行调控；通过冲击参数控制平台控制液压加载油缸对钢丝铰绳提升释放装置控制冲击重块的释放高度和释放速度实现不同冲击高度和冲击频率的调控，并通过重锤高度标度尺观测冲击重块的高度位置。

4.根据权利要求1所述的一种基于氢键破裂的煤岩介质识别系统，其特征在于：所述煤岩介质特征参数提取模块通过CCD相机采集煤岩试验样品的图像，并通过图像特征提取方法，对煤岩介质图像的颜色、灰度、纹理和形状特征这些特征参数进行提取。

5.根据权利要求1所述的一种基于氢键破裂的煤岩介质识别系统，其特征在于：所述光谱特征提取分析模块包括光谱信息采集子模块、光谱信息提取子模块、光谱数据处理子模块、光谱特征参数提取子模块；所述光谱信息采集子模块通过光谱相机采集煤岩试验样品的纹理与光谱信息；所述光谱信息提取子模块完成对煤岩试验样品的可见-近红外光谱的时间序列与空间分布信息进行提取，得到煤岩反射光谱数据曲线；所述光谱数据处理子模块对煤、岩反射光谱数据曲线进行预处理，取两个曲线幅值差大于设定阈值的煤岩差异段光谱带作为试验谱段区间；所述光谱特征参数提取子模块将预处理后的试验光谱特征区段进行FFT时域变换后提取波长、能量、折射率和吸收率这些光谱特征参数。

6.根据权利要求5所述的一种基于氢键破裂的煤岩介质识别系统，其特征在于：所述氢键断裂检测模块通过对煤岩试验样品的光谱特征参数与氢键断裂强度进行线性分析，找出与氢键相关联的特征参数，并建立该特征参数的光谱图像；然后对该特征参数的光谱图像运用BrukerOpus软件进行基线处理及平滑处理，同时使用origin软件对光谱进行乘谱处理，通过特征光谱图像峰值与谷值得到氢键断裂强度。

7.根据权利要求6所述的一种基于氢键破裂的煤岩介质识别系统，其特征在于：所述煤岩介质识别模块包括氢键断裂强度数据库、煤岩图像与氢键断裂强度规则匹配子模块和煤岩介质模糊匹配识别子模块；

所述氢键断裂强度数据库基于氢键断裂检测模块所得的氢键断裂强度数据进行构建；所述煤岩图像与氢键断裂强度规则匹配子模块对煤岩介质图像特征参数与煤岩介质氢键断裂强度进行相关性分析，得到煤岩介质与氢键断裂强度匹配规则；所述煤岩介质模糊匹配识别子模块完成基于氢键断裂强度分析的煤岩介质模糊匹配识别。

8.根据权利要求7所述的一种基于氢键破裂的煤岩介质识别系统，其特征在于：所述煤岩图像与氢键断裂强度规则匹配子模块从氢键断裂强度数据库中提取氢键断裂强度数据，并运用相关系数法对煤岩介质图像特征参数与煤岩氢键断裂强度进行相关性分析，进而得到煤岩介质与氢键断裂强度的匹配规则。

9.根据权利要求8所述的一种基于氢键破裂的煤岩介质识别系统，其特征在于：所述煤岩介质模糊匹配识别子模块结合偏最小二乘回归建立煤岩氢键断裂强度与煤岩介质图像特征参数模糊集匹配数据库与规则库，完成基于氢键断裂强度的煤岩介质识别。

10.一种基于氢键破裂的煤岩介质识别方法，基于权利要求1所述基于氢键破裂的煤岩介质识别系统实现，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、试验样品制备装置通过设置不同冲击载荷、冲击高度、冲击次数和冲击频率，得到基于不同冲击参数的煤岩试验样品；

步骤2、煤岩介质特征参数提取模块通过CCD相机采集煤岩试验样品的图像，并通过运用主成分分析和独立成分分析图像特征提取方法，对煤岩介质图像的颜色、灰度、纹理和形状特征这些特征参数进行提取；

步骤3、光谱特征提取分析模块采集煤岩试验样品的光谱信息，并对煤岩试验样品光谱信息进行预处理并提取光谱特征参数；

光谱特征提取分析模块通过光谱相机采集煤岩试验样品的纹理与光谱信息；对煤岩试验样品的可见-近红外光谱的时间序列与空间分布信息进行提取，得到反射光谱数据曲线；然后使用一阶微分、二阶微分、连续统去除、标准正态变量变换对煤、岩反射光谱数据曲线进行预处理，取两个曲线幅值差大于设定阈值煤岩差异段光谱带作为试验谱段区间；将预处理后的试验光谱特征区段进行FFT时域变换后提取波长、能量、折射率和吸收率这些光谱特征参数；

步骤4、氢键断裂检测模块基于光谱特征参数获得煤岩试验样品氢键断裂强度数据；

氢键断裂检测模块通过对煤岩试验样品的光谱特征参数与氢键断裂强度进行线性分析，找出与氢键相关联的特征参数，并建立该特征参数的光谱图像，然后对该谱图运用BrukerOpus软件进行基线处理及平滑处理，同时使用origin软件对光谱进行乘谱处理，通过特征光谱图像峰值与谷值得到氢键断裂强度；

步骤5、煤岩介质识别模块建立氢键断裂强度数据库，并将氢键断裂强度数据保存到该数据库；然后基于氢键断裂强度数据得出煤岩介质图像特征参数与氢键断裂强度匹配规则，建立煤岩氢键断裂强度与煤岩图像特征参数模糊集匹配数据库与规则库，完成基于氢键断裂强度分析的煤岩介质识别。

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