水岩作用下煤岩压缩热辐射温度时空分布及预测的方法技术

水岩作用下煤岩压缩热辐射温度时空分布及预测的方法，涉及水岩作用下的煤岩压缩时热辐射温度的表面分布及时间历程特征，并建立温度预测模型。包括：按设定摩尔浓度及pH值配制水溶液；将岩样分别浸入不同pH值的溶液，浸泡若干天后取出烘干获取质量，测量溶液中的钙及镁离子浓度。然后进行声发射断铅试验获取声速，之后进行单轴压缩试验，通过热像仪采集煤岩压缩时整个区域的辐射温度，获取最高温度及平均温度的时间及空间分布特征。基于灰色关联度理论分析煤岩辐射温度与几种影响因素的相关性，选取几种较显著影响因素，基于响应面法建立煤岩压缩时温度的多元预测模型。该方法及模型可从红外热辐射方面为研究煤岩加载破坏的前兆特征提供理论指导。的前兆特征提供理论指导。

【技术实现步骤摘要】
水岩作用下煤岩压缩热辐射温度时空分布及预测的方法


[0001]本专利技术涉及水岩作用下煤岩压缩时红外热辐射温度的时空规律分布及预测方法研究，具体涉及一种水溶液浸泡后煤岩压缩时红外辐射最高温度、最低温度及平均温度的空间分布变化及随时间变化的历程曲线，并给出预测最高温度、平均温度的水岩耦合多元模型及建立方法。

技术介绍

[0002]自然界物体都具有红外热辐射功能，煤岩加载时红外热辐射温度因不同的加载方式呈现不同的辐射特点。影响煤岩红外热辐射温度的因素很多，包括煤岩内部的组成、结构、裂隙分布状态、赋存的水化学环境条件、加载速率等，目前学者一般针对天然状态煤岩开展加载过程中热辐射温度的研究，但关于加载过程中辐射温度在煤岩区域空间分布的成果很少，尤其缺少水岩作用下煤岩加载过程中热辐射温度的时空演化研究及预测模型。水岩作用对煤岩的强度有很大影响，煤岩加载时红外辐射温度的变化作为破坏前兆信息对研究强度具有重要的参考意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于通过对煤岩进行水溶液浸泡试验及声发射声速标定试验，获得加载前岩石与溶液的一些特征参数，然后通过压缩过程中实时进行红外热像仪视频跟踪，获取试样在加载全过程表面辐射温度的最高值、平均值的位置分布以及最高值、平均值、最低值的加载时间历程曲线。基于灰色关联度理论分析，得到影响煤岩辐射温度最高值、平均值的显著影响因素，再通过响应面法建立温度特征值关于影响因素的多元预测模型，弥补前面提及的现有方法在煤岩压缩时红外辐射温度方面研究的不足。
[0004]为实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案具体如下：
[0005]水岩作用下煤岩压缩热辐射温度时空分布及预测的方法，包括以下步骤：
[0006]S1：按设定摩尔浓度及pH值配制水溶液。
[0007]S2：选取煤岩试样，对煤岩试样进行不同水溶液浸泡实验获得煤岩试样浸泡后质量及溶液中若干离子浓度的变化数据；
[0008]S3：浸泡若干天后取出煤岩试样烘干称重，并进行若干测试获得浸泡后煤岩压缩前辐射温度与各项影响因素对应的测试数据；
[0009]S4：单轴压缩试验的同时使用FLIR热像仪录制整个岩样测温区域的热像视频，对视频进行处理后获得压缩过程中煤岩测温区域辐射温度的时空分布特征；
[0010]S5：基于灰色关联度理论和所获得的数据分析煤岩压缩时辐射温度特征值与若干种影响因素的相关性，并选出其中若干种相关性较显著的影响因素；
[0011]S6：基于响应面法建立煤岩压缩时辐射温度关于若干种相关性最大的影响因素的多元回归模型。
[0012]进一步的，所述步骤S1包括：先按设定的摩尔浓度配制水溶液，测定溶液中初始
钙、镁离子浓度，然后按设定的pH方案配制得到不同酸碱度的水溶液。pH值至少5组：偏于酸性的两组，中性的一组，碱性的两组。
[0013]进一步的，所述步骤S2包括：选取煤、砂岩、灰岩三种试样，对其进行不同pH值的水溶液浸泡试验获得煤岩浸泡后质量及溶液中钙离子、镁离子浓度的变化数据。
[0014]进一步的，所述步骤S3包括：浸泡若干天后取出煤岩试样烘干称重，并进行声发射断铅试验以获得浸泡后煤岩试样中的声速，同时测量溶液中的钙、镁等离子浓度。
[0015]进一步的，所述步骤S4包括：单轴压缩试验时使用FLIR热像仪录制热像视频，通过FLIR热像仪相关软件进行分析后得到煤岩压缩过程整个测温区域煤岩的最高温度、最低温度的空间分布位置的变化，通过热像仪截取的图像观察最高温度、最低温度所在位置及其随加载过程的变化，最后导出数据绘制最高温度、平均温度、最低温度的时间历程曲线。
[0016]进一步的，所述步骤S5包括：
[0017]基于灰色关联度理论和所获得的数据分析煤岩压缩时最高辐射温度、平均温度与煤岩浸泡后质量、煤岩中声速值、pH值、钙离子浓度、镁离子浓度的相关性，并选出其中若干种相关性最大的影响因素。
[0018]先求出各项影响因素对应的测试数据的平均值，再用各次试验测量的实际值除以对应的平均值，即可得到各个试验参数的均值像；
[0019]记岩样压缩时温度特征值的均值像为X0，岩样质量均值像为X1，最终钙离子浓度均值像为X2，最终pH均值像为X3，最终镁离子浓度均值像为X4，烘干后岩样中的声速均值像为X5；根据灰色相对关联理论进行分析找出影响最大的参数，相应的关联度计算公式为：
[0020][0021]其中，
[0022][0023][0024]式中对应是X
i
(n)均值像的始点零化象，i＝0,1,2,3,4,5；
[0025]求出各个灰色相对关联度的值，分别得到煤岩辐射最高温度、平均温度与煤岩浸泡后质量、煤岩中声速值、pH值、钙离子浓度、镁离子浓度、煤岩抗压强度的相关性，找出相关性最大的影响因素。
[0026]进一步的，所述步骤包括S6：建立最高温度、平均温度关于显著性参数的多元回归模型。通过响应面法建立煤岩压缩时最高温度、平均温度多元回归模型；以岩样的压缩温度作为评价标准，以显著性影响因素为自变量，建立岩样压缩时温度的多元二次响应曲面回归模型；进行响应面分析，分别得到最高温度及平均温度的回归方程及模型的相关性系数。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0028]本专利技术通过浸泡试验获得煤岩质量及溶液中钙离子浓度的变化规律，通过声速标
定试验得到浸泡后煤岩中的声速，然后通过热像仪采集压缩全过程的红外热成像(视频)。通过热成像技术提取测温区域辐射温度的最高值及平均值、最小值，同时提取数据绘制热辐射最高值、平均值的时间历程曲线；基于灰色关联度理论分析煤岩压缩时热辐射温度与几种影响因素的相关性，选取三种最显著因素，基于响应面法建立煤岩压缩时最高温度、平均温度关于水岩参数的多元回归模型。通过该方法可以实时观察煤岩破坏前兆的热学特征，得到加载过程中煤岩表面的最高温度、平均温度的分布位置及随时间的变化规律，根据浸泡环境的水化学、煤岩参数预测煤岩压缩过程中的最高温度及平均温度。
附图说明
[0029]图1是本专利技术方法的流程图。
[0030]图2是配制水溶液部分仪器。
[0031]图3是试验中煤岩浸泡图。
[0032]图4是标定浸泡后煤岩的声速图。
[0033]图5加载破裂的灰岩图。
[0034]图6是使用FLIR热像仪录制岩样压缩过程的热像视频。
[0035]图7是是M07煤样从开始压缩到破坏过程中最高温度和平均温度的时间历程曲线。
[0036]图8是M07煤样从开始压缩到破坏过程中煤样上部、中部、下部区域各自最高温度的时间历程曲线。
[0037]图9是M07煤样压缩过程中表面温度最高值、最低值的空间分布图。
[0038]图10是本专利技术实施例中单轴压缩最高温度的实测值与拟合值的比较。
[0039]图11是本专利技术实施例中单轴压缩平均温度的实测值与拟合值的比较。
具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.水岩作用下煤岩压缩热辐射温度时空分布及预测的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：按设定摩尔浓度及pH值配制水溶液；S2：选取煤岩试样，对煤岩试样进行不同水溶液浸泡实验获得煤岩试样浸泡后质量及溶液中若干离子浓度的变化数据；S3：浸泡若干天后取出煤岩试样烘干称重，并进行若干测试获得浸泡后煤岩压缩前辐射温度与各项影响因素对应的测试数据；S4：单轴压缩试验的同时使用FLIR热像仪录制整个岩样测温区域的热像视频，对视频进行处理后获得压缩过程中煤岩测温区域辐射温度的时空分布特征；S5：基于灰色关联度理论和所获得的数据分析煤岩压缩时辐射温度特征值与若干种影响因素的相关性，并选出其中若干种相关性较显著的影响因素；S6：基于响应面法建立煤岩压缩时辐射温度关于若干种相关性最大的影响因素的多元回归模型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1包括：先按设定的摩尔浓度配制水溶液，测定溶液中初始钙、镁离子浓度，然后按设定的pH方案配制得到不同酸碱度的水溶液；pH值至少5组：偏于酸性的两组，中性的一组，碱性的两组。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：选取煤、砂岩、灰岩三种试样，对其进行不同pH值的水溶液浸泡试验获得煤岩浸泡后质量及溶液中钙离子、镁离子浓度的变化数据。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3包括：浸泡若干天后取出煤岩试样烘干称重，并进行声发射断铅试验以获得浸泡后煤岩试样中的声速，同时测量溶液中的钙、镁等离子浓度。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤包括S4：单轴压缩试验时使用FLIR热像仪录制热像视频，通过FLIR热像仪相关软件进行分析后得到煤岩压缩过程整个测温区域煤岩...

【专利技术属性】
技术研发人员：李顺才，朱二磊，张农，郭晓琦，赵云龙，薛禾辛，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：