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。     

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。     

基于微波干涉理论的岩石介电常数测试方法

岩石的介电常数是表征其电磁辐射特性的重要参数,对于遥感对地观测具有重要意义。然而,现有的介电常数测定方法通常对样品的形状和尺寸有特定要求,且所测得的介电常数只能代表岩石局部小区域的介电特性,无法表征岩石整体的介电特性。为此,本文基于微波干涉理论,首先研究并提出了一种利用微波辐射计来测试岩石介电常数的新方法。然后,基于该方法并利用C波段微波辐射计对花岗岩和砂岩的介电常数进行了测试。为验证测试结果的正确性,利用AET开口同轴谐振腔方法对该结果进行了对比验证。结果表明,利用新方法测得的花岗岩和砂岩的介电常数分别为3.89和5.71,与AET开口同轴谐振腔法测量结果相比,相对误差分别为3.2%和2.7%,误差较小。研究结果初步表明了新方法的可行性,对于目前的点式介电常数测试方法不失为一种有益的补充。     

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。     

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。     

红外热成像在排土场稳定性监测中的应用

随着矿山开采深度和排岩量的不断增加,排土场的高度越来越高,排土场的稳定性将越来越差。如遇大型降雨,可能会造成滑坡,给矿山生产和生命财产带来危害。因此开展排土场稳定性监测,对于保证矿山安全生产至关重要。利用红外热成像技术对鞍钢鞍千矿的2个排土场的稳定性进行了监测,发现了4处低温异常区域,结合热力学理论和现场勘查确定异常区域为含水的砂土层。由于这些沙土层本身强度较低,属于弱层,而含水后又增加了其滑动性,因而给排土场的稳定性造成重要影响。此研究成果为矿山排土场稳定性监测提供了新的技术方法。     

露天矿滑坡位移监测的ASIFT算法

针对现有的大型露天矿边坡大变形监测方法存在的不足,提出了一种基于ASIFT图像特征匹配算法的滑坡位移监测方法。首先基于露天矿滑坡真实地形空间分布形态,设计了滑坡物理模型,并利用高分辨率数码相机获取模型滑动过程中的序列影像;然后利用ASIFT特征匹配算法对滑坡各阶段光学影像进行特征点提取与匹配,并利用RANSAC随机抽样一致算法剔除误匹配点;最后利用滑坡体运动特征矢量集模型计算出特征点空间矢量位移,从而实现了滑坡位移场标定与滑坡范围确定。研究表明：所提算法对于滑坡蠕变阶段的位移监测效果一般,但可有效监测滑坡中后期发生明显变形时的位移,该算法的特征点匹配数量及匹配正确率均明显优于SIFT算法,且位移矢量标定精度也得到明显提高,反映出该算法适合于大型滑坡后期发生大变形时的位移量监测。     

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。     

遥感－岩石力学（IV）—岩石压剪破裂的热红外辐射规律及其地震前兆意义

完整岩体压剪破裂失稳是构造地震的另一种可能孕震机制。以此为模拟对象，采集中国首都圈地区的5种典型岩石，进行了岩石压剪破裂过程的红外辐射成像实验。研究发现：(1)岩石压剪破裂过程存在热弹和摩擦热两种热-力耦合效应，且压剪作用越强，压剪破裂过程中红外辐射升温现象就越明显。(2)压应变占优势时，岩石压剪破裂存在红外辐射异常破裂前兆。(3)压剪破裂前兆有明显的“时空”特征，即：时间上，当载荷增加到约80％破坏应力时，沿剪切区域的平均红外辐射温度开始出现加速升温前兆，且压剪比越高，出现前兆的时间越早；空间上，破裂前沿剪切区域出现的高温异常条带具有前沿推进即“由一端向另一端迁移、扩展”的特点。本研究结果对地震、岩爆、矿爆、边坡滑移等自然与岩石工程灾害的遥感与预报具有重要的基础意义。     

混合过滤器和封装器启发式判别籽棉成熟度

描述田间籽棉成熟度的形态结构和边界轮廓特征集存在维数灾难,其特征选择问题属于NP难题.基于交叉验证,提出了一种过滤器下浮动搜索并基于封装器停止搜索的求解算法.在训练集上以最大类可分性测量值为过滤器的评估函数启发式搜索最优l维特征子集(l=1,2,3,…),启发式规则包括最优特征组合和浮动搜索;在训练集上以Bayes分类器的误分率为封装器的评估函数对最优l维特征子集建模,模型在验证集上的平均误分率极小处产生的最优特征子集的容量为6,它们在预测集上的平均识别率为87.61％.在相关研究工作所涉及的40个数据集上验证算法的有效性,结果表明,在29个数据集上算法的分类性能好,执行效率高.