煤炭学报

作者：张庆贺, 王晓蕊, 王传兵, 李维国, 宫凤强, 章新生, 李井国,

关键词：激光诱导击穿光谱, 矿物成分, 定量分析, 快速测定, 空间可视化,

由于深部工程灾害的复杂性和突发性，岩石的力学参数特别是单轴抗压强度在稳定性分析和风险评价、支护参数设计优化及智能化施工中显得尤为重要，因此需要考虑如何实现岩石强度的快速定量化。从矿物学角度实现岩石单轴抗压强度的快速定量表征，基于激光诱导击穿光谱(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS)技术建立了光谱–元素–矿物预测模型，提出了一种矿物–强度快速定量转换的新方法。结合LIBS技术建立花岗岩和变质砂岩的光谱信息库，并通过X射线荧光光谱(X-ray Fluorescence, XRF)和X射线衍射(X-ray Diffraction, XRD)测试分别获取岩石的元素和矿物数据集，基于支持向量回归(Support Vector Regression, SVR)算法解析岩石中矿物成分的质量分数，最终建立矿物–强度转换模型，通过矿物成分质量分数预测值计算岩石的单轴抗压强度，并通过标准力学试验验证其合理性与科学性。结果表明，光谱–元素预测模型中各元素的决定系数R2在0.96～0.99内变化，该模型可有效得到各元素含量；元素–矿物预测模型中石英和磷铝石的预测效果最好，长石矿物族和云母矿物族次之，绿泥石和浊沸石也有良好的预测效果；多元线性回归模型(R2 = 0.850 2)较最小二乘法(R2 = 0.719 6)更适用于矿物质量分数预测值与单轴抗压强度的非线性关系，修正系数的引入可以较为有效地实现矿物–强度的精准转换。最后，采用矿物–强度转换模型对工程现场不同里程处的工作面中岩石的单轴抗压强度进行快速批量测试，结合Kriging插值技术和Matlab技术实现工程现场UCS的三维连续可视化。

来源：2025年第4期

《煤炭学报》期刊编辑部

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