基于极差的受载含孔洞岩石红外辐射温度场的定量分析

以岩石含孔结构模拟地下巷道,开展了含孔洞岩石加载过程的红外辐射监测实验。对含孔洞岩石加载的红外辐射温度场的时空变化特征进行了研究,引入极差参数作为红外辐射温度场的定量刻画指标,重点讨论了极差曲线的变化特征,以及极差与特征粗糙度、熵和方差的异同。结果表明：①极差曲线随应变的变化具有明显的阶段性特征,表现为低水平发展、稳定上升和快速上升 3 个阶段;②在最后阶段,极差曲线加速上升并出现突跳点,反映了温度场的分异现象和前兆特征,前兆时间点平均为 0.88 峰值应力;③在特征粗糙度、熵、方差和极差这 4 个参数中,特征粗糙度和极差的阶段性变化特征最明显,有利于岩石加载阶段的识别与判定,方差次之,熵最差;特征粗糙度和极差波动性最大,对岩石加载过程的红外温度场变化更为敏感,熵次之,方差最光滑;极差的前兆点易识别性最大,特征粗糙度次之,熵和方差最小;在前兆时间上,4 个参数处于 0.87~1 峰值应力区间,平均为 0.94σmax,其中极差最早,特征粗糙度次之,熵和方差最晚,不同参数的前兆时间差有利于增强岩石破裂预警的临近渐进性和识别可靠性;从计算的难易程度上看,特征粗糙度和熵最复杂,方差次之,极差最为简单。本研究成果丰富了遥感 —岩石力学的内容和红外辐射温度场定量表达方法,为岩巷岩体失稳破坏的红外监测及预警提供了实验基础。     

基于声发射信号主频和熵值的岩石破裂前兆试验研究

对干燥和饱水煤矸石进行单轴压缩声发射试验,基于频谱分析和信息熵理论,分析其破裂全过程声发射信号的主频和熵值变化,研究煤矸石变形破坏声发射前兆规律。研究结果表明:干燥和饱水煤矸石声发射信号均有2个主频带,分别为20 k Hz左右和30~60 k Hz,主频在破裂前均发生突变,出现接近0和100 k Hz的主频值;干燥煤矸石熵值集中在0.5~2.0,无突变性,饱水煤矸石熵值集中在0.0~0.5,具有突变性。利用声发射信号熵值对煤矸石系统进行稳定性评价,出现大于1的熵值预示着煤矸石失稳的危险性增强;以密集出现接近0和100 k Hz的突变主频值作为煤矸石破裂的前兆特征;由于实际矿山岩体的饱水特性,以及其变形破坏的复杂性,实际应用时,可将声发射信号主频和熵值2个参数相结合。利用饱水煤矸石声发射信号主频和熵值的突变特征,得到基于声发射场的煤岩动力灾害综合预警信息。试验结果为岩石损伤演化机制及破裂预测研究提供新的手段和依据,对于实际矿山煤岩动力灾害的声发射监测预警具有重要理论研究意义。     

基于可见光—近红外光谱特征的BIF铁矿原位测定方法

条带状铁建造(Banded iron formation,BIF)是我国主要的铁矿资源类型,主要采用露天开采方式生产。目前采场品位确定以传统化验方法为主,存在采样密度低、化验周期长、效率低、品位测试结果滞后等不足,导致矿体边界圈定不准确,增大了矿石损失率和贫化率,并使得配矿质量受到影响。选择鞍千露天铁矿作为试验场,通过现场采样、光谱测试、模型构建、模型验证等试验流程,揭示了不同岩矿类型的光谱特征,建立了矿石品位与光谱特征之间的联系,对BIF铁矿快速原位测定方法进行了研究。结果表明:赤铁矿、磁铁矿与围岩之间的光谱特征存在显著差异,利用该类差异构建的岩矿类型识别和分类模型,其铁矿石与围岩的区分正确率为97.1%,赤铁矿和磁铁矿的区分正确率达到93.5%;利用偏最小二乘法(Partial least squares method,PLS)构建的全铁品位回归模型的反演精度达到了3.43%。上述分析可为露天铁矿实现精准开采与合理配矿提供可靠依据。     

数字图像灰度相关性用以描述岩石试件损伤演化的研究

岩石试件表面的数字图像可作为试件表面变形或裂纹扩展的信息载体。为从加载过程中记录的数字图像中分析出定最的信息，提出一种新的分析方法：计算两幅图像灰度的相关性，用灰度相关性的分布表征变形和破裂的发展。介绍了图像灰度相同关性的计算方法，并用模拟的变形和破裂图像验证了灰度相关性在表征变形与破裂上的有效性，最后用此方法对一个岩石结构加载过程中的图像序列进行分析。结果表明，图像灰度相关性分布的演化与结构的变形局部化演化在空间和时间上都存在对应关系。因此，试件表面数字图像灰度相关性可作为描述岩石材料损伤演化的一种工具。     

岩画渗水病害的红外热成像检测研究

广西花山岩画是全国重点文物保护单位,在世界岩画中占有重要地位。花山岩画崖体渗水病害严重威胁着岩画的安全保护,渗水部位的准确检测以及渗水量的判定是治理渗水病害的前提。本文利用红外热成像技术对花山岩画崖壁渗水部位进行了实地检测,探索了红外热成像技术在岩画渗水病害检测中的可行性。检测结果表明,使用红外热成像技术不仅可以准确、有效检测岩画崖体的渗水部位,还可以一天中崖壁温度最高时渗水区域的最低温度为检测指标,以其差级进行渗水量等级划分,进行渗水量的判定。实际检测时,应根据仪器性能特点、现场条件以及检测目的,合理设计方案。天气状况是保证检测成功的必要条件,应选择大雨后的晴天或间歇性晴天进行检测。与可见光成像技术相比,该方法具有独特的技术优势。同时,该方法可应用于其它石质文物渗水部位及渗水量的检测分析。     

遥感-岩石力学(Ⅴ)——岩石粘滑过程中红外辐射的影响因素分析

利用双轴加载实验装置和热红外成像仪器对岩石剪切滑移过程中的红外辐射进行了成像实验。研究表明,摩擦速率、正应力、摩擦面粗糙度、岩石强度与矿物颗粒硬度是影响岩石粘滑过程红外辐射的重要因素(1)摩擦以等速率进行时,岩石摩擦裂隙表面平均红外辐射温度的时间曲线为直线型,局部最高温度的时间曲线为3次曲线型,而岩石表面平均红外辐射温度与所受机械功线性相关。当所受机械功相等时,摩擦速率越高,温升幅度越小;(2)红外辐射强度与正应力线性相关;(3)摩擦面粗糙度对平均红外辐射温度影响不大,但对局部最高辐射温度影响较大;(4)岩石强度或其矿物颗粒硬度越高,红外辐射温度就越高。     

可控电抗器及其在异步电动机软起动中的应用

异步电动机起动时最初起动电流很大,可达4~7倍额定电流。本文提出了一种新型软起动方案,即在电动机定子回路中串入可控电抗器来限制起动电流,实现软起动。磁控式可控电抗器高压工作绕组和低压控制绕组隔离,大大提高了其工作可靠性,其串联在电动机定子绕组中限流作用明显且不消耗能量。仿真和实验平台表明,异步电机起动平稳。     

强震前热红外异常识别方法与定量分析模型

为获取与构造活动有关的卫星热红外异常信息,提出了一种基于参考基准场的震前热红外遥感定量分析模型与异常识别方法.对遥感图像进行辐射定标、几何校正、云检测等处理后,根据研究区内不同时相遥感图像像元的亮温值与空间平均值之差及其时间域平均值与标准差,计算热红外异常图像像元的异常指数,提出了异常识别方法;进而计算当前热红外异常图像各像元亮温值与序列遥感图像的多年平均亮温之差,建立异常定量分析模型.利用多年热红外遥感资料建立目标区的参考基准场,并采用此异常识别方法与定量分析模型,分析了1998年张北Ms6.2级地震前热红外异常的演化特征.结果表明:1月5日沿张家口-渤海断裂出现异常,1月8日异常面积达到最大,为64.7万km2,最高增温幅度达到9 K,11日异常消失.     

融合主成分分析与光谱角匹配的 金铜矿遥感探测方法

针对金铜矿高光谱遥感探测中存在的数据量大、数据处理繁琐等问题,融合主成分分析与光谱角匹配方法,提出了一种金铜矿遥感探测方法。该方法首先采用主成分分析法对金铜矿高光谱遥感数据进行降维处理,然后利用光谱角匹配法对目标光谱进行匹配,从而实现对金铜矿进行遥感探测的目的。在福建紫金山金铜矿区进行实地取样,进行可见光-近红外光谱测试分析,采用所提方法对高光谱遥感数据进行处理,并对样品进行了金、铜矿及围岩识别试验。结果表明：所提方法能够有效简化金铜矿遥感高光谱数据处理流程,使得实测遥感光谱原始数据从973个波段简化为6个主成分,利用该6个主成分进行光谱角匹配时,大大简化了计算过程,且光谱信息损失较少,岩（矿）样品识别成功率达到了74%,表明该方法在金铜矿高光谱遥感探测方面有一定的适用性。     

天-空-地协同的露天矿边坡智能监测技术及典型应用

露天开采是我国矿产资源开采的主要方式之一,长期高强度、大规模开采形成了众多高陡边坡,由此带来的边坡失稳及灾害现象十分严重,对其进行有效监测和灾害预警,是边坡治理、安全保障和绿色矿山建设的关键。由于大型露天矿山地形复杂、观测条件困难、影响因素众多,传统的、单一的监测手段均难以奏效。在讨论智能监测相关概念的基础上,介绍了露天矿边坡智能监测的思想、内容和内涵;指出大型露天矿边坡智能监测的核心是天-空-地多平台多模式协同观测,包括时间协同、空间协同、参数协同和智能分析;介绍了目前大型露天矿边坡智能监测的7项关键技术,即导航卫星GNSS在线监测技术、雷达卫星D-InSAR监测技术、光学卫星高分影像监测技术、无人机与TLS联合监测技术、地基红外热像监测技术、顾及大气折光的测量机器人监测技术、基于WiFi的监测信息多终端显示技术。这些手段不仅要强调监测仪器的先进性、鲁棒性和精度,更要发挥多手段的时空互补性和过程协同性,而稳定可靠的通讯网络、快速自动的数据处理和智能综合的分析模块,是实现矿山滑坡智能监测和智能应急的关键。最后,以辽宁抚顺西露天煤矿特大滑坡、鞍钢鞍千铁矿大型排土场和鞍钢弓长岭铁矿滑坡的天-空-地协同观测为典型案例,介绍了适合不同矿山特点和任务需求的露天矿边坡智能监测技术方案及其取得的实效。