典型煤岩反射光谱无监督感知方法研究

针对现有煤岩反射光谱有监督识别方法存在煤岩位置变化时识别效果差的问题,为研究基于反射光谱的煤岩自主适应性识别,提出了基于聚类距离改进型模糊C均值聚类(FCM)算法的典型煤岩反射光谱无监督感知方法。以兴隆庄煤矿气煤、泥岩、粉砂岩、泥质灰岩4种典型煤岩样品为研究对象,测定了每种试样多个背向反射角下的近红外波段的反射光谱曲线,分析了4种煤岩反射光谱最具差异性的特征波段,选取2150~2400 nm作为4种煤岩反射光谱差异性特征波段,在特征波段内,对气煤-泥岩、气煤-粉砂岩、气煤-泥质灰岩光谱组合进行煤岩反射光谱无监督识别研究。研究结果表明:4种试样表面的背向光谱反射率均呈现出随背向反射角增大而先增大后减小的整体趋势,背向反射角增大时,泥岩、粉砂岩和泥质灰岩的各吸收谷深度变化较小,只有微弱的减小,气煤的各吸收谷深度减小相对明显;采用改进型FCM(RFCM,CFCM)方法将光谱数据快速聚类,由最终聚类隶属度概率矩阵判定光谱数据类别,进而判定不同位置煤岩类别;相较于FCM,改进型FCM对各煤岩组合的识别率均大于90%,其中CFCM对各煤岩组合聚类识别迭代次数最少,总耗时均小于0.1 s,为优先选择方法,为反射光谱技术应用于煤岩界面不同位置煤岩的高效适应性判定提供了参考。     

综放工作面煤岩近红外光谱特征与机理

为研究综放工作面不同赋存位置的煤与岩石近红外光谱曲线特征和吸收机理,从同煤集团塔山矿综放工作面采集煤与岩石钻芯,按赋存位置的差异将煤与岩石钻芯依次分为:3～5号煤层夹矸、2号煤层夹矸、直接顶岩、基本顶岩、3～5号煤层所含煤,2号煤层所含煤,共计六大类、27种煤与岩石试样。在实验室利用AVANTES近红外光谱仪分别获取27种煤与岩石试样在长波近红外波段(1 100～2 500 nm)的反射光谱曲线。通过X射线衍射、X射线荧光、工业分析等实验手段分别测定煤与岩石试样的矿物成分、元素含量、工业成分含量。同时为研究煤与岩石光谱曲线特征差异的普适性,依次采集山西、山东、宁夏、内蒙古等矿区的22种煤与岩石试样,并分别获取其在长波近红外波段(1 100～2 500 nm)的反射光谱曲线。通过对塔山矿综放工作面煤与岩石试样的光谱特征和吸收机理以及不同矿区煤与岩石试样的光谱特征研究表明:①煤层夹矸与顶板岩相比,煤层夹矸的吸收特征和曲线斜率绝对值偏小,主要是因为煤层夹矸中相对较多的不透明炭质物质遮蔽了无机离子在其特征波长处的吸收特征。虽然煤中基质(主要是C,H,O元素组成的有机物)是其矿物的5.3倍,但是有机基团在近红外波段没有明显的吸收特征,且大量不透明炭质物质遮蔽了无机离子在近红外波段的吸收特征,使得煤的光谱曲线较为平滑且呈上升趋势。②煤与岩石光谱曲线的差异特征可用吸收谷深度之和、斜率和凹凸度来描述。     

采用单位激励与逆向复算的2 m平面镜检测技术

为解决Φ2 m平面镜高精度面形检测问题,并提高瑞奇-康芒检测方法的可靠性,研究了一种基于单位激励法与逆向复算的Φ2 m平面镜面形检测技术。分析了在气流扰动、球面镜面形等误差源对单位激励面形计算方法的影响;采用单位激励与光学软件逆向复算相结合的方式,提高瑞奇康芒-检测方法的可靠性。仿真分析2 m平面镜检测过程中气流变化对面形恢复的影响,结果显示:在气流影响情况下,经过多次平均计算面形解算稳定性保持在0.003λ;在球面镜面形影响情况下,面形计算精度达到0.0079λ。采用这种方法,对实际Φ2 m平面镜进行面形加工过程控制,面形检测结果显示该平面镜的RMS达到0.0415λ,PV为0.2040λ（λ=632.8 nm）。该研究旨在解决误差影响情况下大口径平面镜面形检测问题,对于实际镜面加工、检测具有重要的应用意义。