矿井地质构造红外探测的理论与实践

红外探测实践表明 ,地质构造引起的岩石密度变化是影响岩石表面红外辐射分布的主导因素 .提出地质构造区密度变化状态模型 ,根据红外辐射原理 ,从岩石有效辐射面变化的角度 ,定性分析了地质构造、岩石密度和辐射功率等因素之间的相关性 ,建立了相关方程 ,介绍了红外探测地质构造的基本方法和适用条件 ,并结合实例说明了应用过程 .为研究红外探测技术在矿井水文地质、瓦斯地质、煤炭自燃等方面的应用提供了理论基础与分析方法 .图 4 ,参 5     

潮湿岩石受力过程红外辐射的变化特征

利用红外热像仪对干燥和潮湿砂岩单轴压缩过程中的红外辐射特征进行了试验比较.结果表明:潮湿岩石加载过程中平均红外辐射温度(AIRT)随载荷增加呈上升趋势,AIRT与应力的变化步调一致,曲线波动较小;岩石失稳前单位载荷下潮湿岩石的升温幅度高于干燥岩石,水对岩石受力时的红外辐射具有明显推动作用,但破坏瞬间热像特征变化不很明显.干燥砂岩AIRT与应力的关系不是简单的对应关系,但在破坏瞬间出现显著的增温现象和热像特征的明显变化.可以利用潮湿岩石AIRT与应力的良好同步性监测潮湿岩石的应力变化过程,利用干燥岩石破裂瞬间的热像变化特征分析岩石灾变的空间位置与灾变模式.     

岩石变形破裂红外与微波辐射变化特征对比研究

利用实验的方法对岩石单轴压缩过程中红外辐射、微波辐射、应变进行了联合测试.实验结果表明,红外与微波辐射的变化特征随应力的阶段性发展,二者呈现不同的阶段性变化规律与破裂前兆特征.红外辐射呈现初始阶段变化很小、弹性阶段缓慢增加、塑性阶段快速增加以及临破裂前回落的变化特征;而微波辐射呈现初始阶段微降、弹性阶段上升、塑性阶段下降以及临破裂前上升的变化特征.红外与微波在岩石破裂前均出现早期和晚期前兆,但前兆规律不同,异常变化形式正好相反.两种手段结合可以更好地监测岩石的应力与灾变现象.     

红外双波段探测技术的研究

对红外双色探测技术中的红外辐射，激光测距，大气能见度等几个重要问题进行好研究和分析，采用双叠层探测器设计的以双波段红外辐射探测系统，能在测量辐射量的同时，实时修正环境，大气影响。     

红外热像仪用于金属材料断裂过程的实验研究

对4种金属材料14个试件受力变形直至断裂过程产生的红外辐射信息进行了实验研究。结果表明：金属试件在加载过程中所产生的红外热效应总体上比煤（岩）所产生的红外热效应明显，金属试件断裂前，在其未来断裂面形成的位置会出现高温前兆。这一现象将为红外遥感技术在大型复杂金属结构应力分析及无损检测方面的工程应用提供了实验基础。     

微波辅助萃取煤的研究

在微波辅助下，考察了萃取温度、溶剂种类、辐射时间对萃取率的影响。对神府煤而言，采用乙醇、丙酮和四氢呋喃为溶剂的较佳萃取温度分别为393K、373K、373K且四氢呋喃的萃取率高于丙酮和乙醇。采用相同的溶剂对五种不同变质程度煤的微波辅助萃取结果显示，变质程度相似的煤在相同萃取条件下萃取率不同。对神府煤和其四氢呋喃萃余煤进行了红外分析。     

一种新的红外纹理生成方法

为解决大规模背景场景纹理生成中的问题,结合纹理数据和物理模型,提出一种新的红外纹理生成方法.分析背景红外成像模型,通过建立背景温度模型、辐射模型、灰度映射模型,得到不同天气、任意时段的红外灰度值;利用可见光纹理图像,结合统计方法提取灰度空间分布,合成红外纹理.通过调节合成因子,可以生成具有红外辐射信息又不乏灰度空间变化信息的红外场景仿真图像.实验结果表明:该方法有效解决了实测数据获取困难,复杂建模耗时耗力、计算误差大的问题;生成的红外场景可视化效果大大提高,同时也能真实反映场景24 h温度变化规律.     

黑色电气石红外辐射与晶格缺陷及粒径的关系

对新疆阿尔泰地区产出的天然黑色电气石的红外辐射特性及其与微粉粒径几何尺寸大小的关系进行了研究和探讨，对天然黑色电气石的强红外辐射特性从晶格振动，晶体缺陷和杂质引起的局域振动等方面进行了探讨，提出了电气石复杂的晶体结构与丰富的类质同象替代等原因引起的晶格缺陷，是影响黑色电气石具强红外辐射的主要原因。对新疆电气石微粉不同粒径的红外辐射特性进行了测试分析，结果表明，平均粒径在4.85μm的粉料，在8-25μm波长的红外法向比辐射率达最高值0.93，高于一般红外陶瓷粉料，研究认为，天然黑色电气石微粉是一种具有广阔开发前景的强红外辐射材料。     

溶胀煤的红外光谱及热重分析研究

煤是由多种有机高分子化合物和矿物质组成的复杂混合物,而煤结构的研究内容主要是针对煤中的有机物质化学结构的研究。煤的化学结构决定了其多种反应性,所以煤化学结构的研究一直都是煤结构研究中的重要的研究课题。而煤的溶胀方法能够提供较多关于煤的化学结构消息,用傅立叶红外光谱法,热重分析法两种手段对去灰煤样、酒精和蒸馏水洗静毗啶溶胀煤样和NMP二次溶胀煤样进行化学结构与热解性质的分析,表征煤溶胀前后结构与热解反应性质的变化情况,定性地认识煤的溶胀反应过程。采用热重和红外光谱法联用分析NMP二次溶胀煤样,依据红外光谱了解热解过程中产物。这些工作有助于对淮南地区煤化学结构和热解反应性的研究。     

地表热红外辐射与钻孔应变的关系探索

热红外辐射与构造变形之间的关系属于热红外遥感在地震研究中深入应用的一个重要环节,目前研究还不够充分,针对这一问题,文中根据新疆10余年钻孔应变和热红外遥感资料,结合理论分析,对地表热红外辐射与钻孔应变之间的关系进行了初步探索,获得了3方面认识：（1）根据实测资料,从变化趋势看,应变变化时,热红外辐射也随之变化．应变变化幅度大,热红外辐射变化也强．（2）张量分解可作分析三维情况下应变与温度（热辐射）间变化关系的一条新思路．一般情况,应变分为体积变化和形状变化．两种情况下,热红外辐射与应变的关系各有不同．实测资料显示：以体积变形为主时,NS和EW两方向的应变与热辐射的变化趋势均呈现出明显的一致性;以形状改变为主时,应变与热红外辐射在一方向上的变化趋势一致,另一方向则相反．（3）找到了体应变与温度变化之间的理论关系．弹性变形情况下,体应变变化（△θ）与温度变化（△T）之间存在明确的线性关系：△T=αT△θ,其中口为常数,T为初始温度．换言之,热红外辐射的变化与体应变的变化成正比,这与实际结果相符．总之,分析表明热红外辐射与地应变间存在密切关系,结果可为利用卫星热红外遥感信息探测现今构造活动提供一定的理论及野外基础。     

矿井冲击地压信息识别与预报方法的研究进展

随着煤炭工业的快速发展,煤矿采深逐年加大,矿井冲击地压对煤炭工业安全生产的威胁越来越严重,研究冲击地压监测前兆信息识别与预测方法对于防治矿井自然灾害具有重要意义.对冲击地压的发生机理、传统局部监测、现代地球物理系统区域监测方法与信息识别、预报等进行了总结,展望了今后的研究热点与方向.     

小波去噪含水煤岩单轴压缩红外热像特征

研究红外热像的多步骤滤波去噪技术以及基于红外热像的含水煤岩单轴压缩损伤特征分析.对试验室尺度煤岩试样进行了浸水饱和、单轴加载试验与红外热成像探测.对在试验中得到的红外热像,首先利用中值滤波去除脉冲噪声;然后利用小波多分辨分析算法去除热像中的相干噪声.研究结果表明:红外图像温度分布的不同模式表征了不同的损伤阶段,即随机分布的小尺度高低温区代表压密阶段;大尺度集中高温区是破坏的早期信号;贯通性大尺度高温区是破坏的临界点;孤立大尺度低温区表示由微破裂汇合而成的塑性损伤,是损伤局部化的表征;贯通的大尺度低温区代表宏观破坏.浸水煤样有较大的原始损伤;在压密、弹性、微裂纹稳定扩展、非线性破坏等各个峰前阶段的损伤尺度与扩展速率大于不含水煤岩;在峰值后只有应变软化阶段,以突然失稳形式破坏.     

岩石加载破坏红外温度标准差指标分析

岩石受载破坏过程中,岩石表面温度场会随应力增加而发生变化。对完整红砂岩开展真三轴试验,含裂隙花岗岩开展单轴压缩试验,试验过程中采用红外热像仪对岩石表面进行全程监测,以获取岩石表面温度,并引入温度标准差指标,用温度标准差来反映岩石破坏过程中表面温度场变化特征,研究岩石破坏前温度标准差异常变化,以获取岩石破坏前温度标准差的异常变化特征,将这种异常变化作为岩石破坏的一种前兆信息。结果表明:岩石破坏前温度标准差会出现异常上升现象;含裂隙岩石的温度标准差敏感性远高于完整岩石;相较于温度曲线异常转折性变化,温度标准差异常出现时间更早且现象更明显。温度标准差异常反应作为岩石破坏的一种预警信息,为岩石破坏预警信息研究提供理论参考。     

Changes of infrared absorption wave number of aromatic-ring C=C bond of vitrinite and their significance

The humilith series of lignite, long-flame coal, gas coal, fat coal, coking coal, lean coal, meagre coal and anthracite are measured by FIR-1600 infrared spectrophotorneter. The variation curve between the infrared absorption wave number of aromatic-ring C=C bond of vitrinite and its reflectance values are gained, which shows the shift of infrared absorption wave number of aromatic-ring C=C bond of humic coals towards lower wave number with the increase of coalification. It is believed that the coal rank of humilith series can be determined and more evolutional information about coal composition and structure can be obtained by the infrared spectroscopic method.     

花岗岩真三轴加载破坏前兆信息

岩体开挖卸荷导致内部扰动和应力重分布,极易发生突发性失稳破坏。对不同中间主应力下的花岗岩试件进行真三轴加载试验。试验过程中采用高速摄像机、声发射、红外热像仪全程观测,研究岩石加载破坏过程中红外热像演化特、临空面温度变化特征、声发射振铃计数率变化特征、岩石表面裂纹发育,研究岩石破坏前各类监测数据的异常反应。研究表明:热像异常演化对岩石未来表面破裂有指导作用,未来裂纹扩展区域与热像异常出现位置相一致;岩石破坏前临空面上温度会出现异常,一般表现为温度曲线转折性变化和温度跳跃式升高;声发射振铃计数率会在试件失稳破坏前出现密集性增高现象。这些异常现象作为前兆信息为岩石破坏提供预警,研究结果为岩体开挖卸荷后工程灾害预警与防治提供理论参考。     

利用 TM 图像波段比值、热红外图像复合处理识别岩石类型

ＴＭ数据以其多光谱段信息为地学领域的应用提供了更多选择和可挖掘潜力。近年来，作者利用ＴＭ比值处理图像及ＴＭ６波段（热红外波段）所包含的地质构造信息、地质体辐射信息和计算机增强方法的研究，填制岩性和识别没有地貌标志的热效应信息指导找矿，取得了比较好的效果。     

An experimental study on variation of thermal fields during the deformation of a compressive en echelon fault set

The temperature variations during deformation of a compressive en echelon fault set in a rock sample were measured by a surface measurement system with multi-point platinum resistance thermometers and an infrared thermal image system. The measurements obtained by the two systems were in agreement with each other, indicating a relationship between temporal-spatial variations of the thermal field and changes of stress and strain. At varied structural positions of the rock sample, the rising of the temperature was different, implying distinct stress distributions at these positions. In the experiment, the deformation process of the sample included three stages: elastic deformation, stick-slip, and rupture. Correspondingly, the variation process of temperature had also three stages, each of which had its own temperature rising profile. And the thermal radiation field showed a similar process. These phenomena mean that the dominant mechanisms of temperature rising in all stages of deformation are different. Experimental results provide a physical basis for the study of current fault activities by using data of satellite infrared images.