[发明专利]一种基于太赫兹多参数谱的煤岩识别方法

说明书

本发明公开了一种基于太赫兹时域光谱的煤岩界面识别方法，适用于煤岩界面识别、采煤机自主调高和无人化、智能化开采技术领域。利用太赫兹光谱仪采集煤岩样品的太赫兹时域光谱，利用快速傅里叶变换将太赫兹时域光谱转换为太赫兹频域光谱；从太赫兹频域光谱中提取透过率光谱、折射率光谱和吸收系数光谱；利用LDA技术对检测光谱数据进行降维和特征提取，对光学参数光谱进行深度神经网络分析建模；采集被测区域煤岩制作样本，获取煤岩样本的太赫兹时域光谱，经步骤2处理后带入步骤3和4所建模型中，进行煤岩界面识别。其检测快速、高效、准确的辨别出煤岩介质，可以实现采煤机的截割状态的准确识别，解决采煤机自动调高问题。

技术领域

本发明涉及一种基于太赫兹多参数谱的煤岩界面识别方法，属于煤岩界面识别、采煤机自主调高和无人化、智能化开采技术领域。

背景技术

无人化、智能化工作面开采技术是一种高效的安全开采方式，可以有效的减少人员事故，确保煤矿安全开采，也是煤矿行业的发展方向和趋势。煤炭科技“十三五”明确指出要全面实施创新驱动发展战略，攻克智能矿山中的相关关键技术，将智能化控制技术带入到煤炭主要生产环节中。要达到这一目的，首先要解决煤岩智能识别问题，这也是当前制约智能化采煤装备的重大难题。

煤岩界面识别是指采煤机切割煤层时应尽量沿着煤层和岩层的分界面开采，从而保证最大产出，当切割到岩层时要及时调整采煤机滚筒高度避免造成过切割，使得原煤中混入大量矸石降低煤质和产出率，并导致采煤机滚筒截齿受损。

煤岩石别问题一直是国内外的研究热点，诸多学者也提出了许多具有代表性的研究方法，如图像分析法、截割数据法、雷达探测法等。上述的方法取得了一定的成效但是也存在一些缺点。如当煤岩硬度特性相当时，很难通过采煤机的截割数据来判断采煤机的截割状态；另一方面，针对不同的矿区、开采环境以及设备，需要选取不同的传感器，以及调整判别模型。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供为了解决上述问题，提出了一种基于太赫兹谱的煤岩界面识别方法。由于太赫兹是一个比较特殊的频段，其太赫兹光子能级和许多电介质以及材料的振动能级相当，因此当太赫兹波照射煤岩后其光子能量会被吸收，其光强将会产生变化从而形成太赫兹光谱，通过研究太赫兹光谱将能获取检测物质的物理信息(如吸收光谱和折射率谱)，对煤岩性状进行判断，从而指导采煤机滚筒调高。相对于煤岩硬度差异而言，太赫兹光谱数据会随着频率的变化而变化，可以找出差异性较大的频点。相对于其它的光谱技术，太赫兹光谱可以直接得到电场的相位，而不需要利用Kramers-Kronig方程求解相位角，极大的减少了计算量和复杂度。即使煤岩特性相近时，通过联合使用煤岩太赫兹透射谱、吸收谱、折射率谱并合理的使用深度学习技术也可以高效的解决煤岩特性相近时的“异物同谱”问题，实现支持向量机(SVM)所不能达到的识别准确度。本发明是通过如下技术方案实现的：一种基于太赫兹时域光谱的煤岩界面识别方法，其特征在于，所述方法包括：

1.一种基于太赫兹多参数谱的煤岩界面识别方法，使用太赫兹时域光谱仪，太赫兹时域光谱仪包括用于产生光源的飞秒激光器(3)、产生太赫兹脉冲的发射天线(1)、样本检测仓(4)、收太赫兹脉冲的接收天线(2)以及调整飞秒激光和太赫兹脉冲之间时间差的延时线(5)五个部分；所述的样本检测仓位(4)于发射天线(1)和接收天线(2)之间，发射天线太赫兹光垂直作用到样本检测仓(4)的煤岩样品上；其特征在于步骤如下：

步骤1，分别从不同品种的煤岩中挑选并制作煤岩样品，使用太赫兹时域光谱仪采集参考信号和煤岩样品的太赫兹时域光谱数据，所述的煤岩样品包括：无烟煤、烟煤、褐煤、砂岩和页岩几类；

步骤2，利用快速傅里叶变换将太赫兹时域光谱转换为太赫兹频域光谱；从太赫兹频域光谱中提取各个煤岩样品的透过率光谱、折射率光谱和吸收系数光谱；并对透过率光谱、折射率光谱和吸收系数光谱分别进行平滑和加窗预处理，经过比较后分别选取透过率光谱、折射率光谱和吸收系数光谱中0.4-1.0THz频段的光谱数据；