煤岩冲击动力灾害连续监测预警理论与技术

为提高煤岩冲击动力灾害的监测预警效果,采用系统的理论研究和集成创新,完善了弹塑脆性突变模型,揭示了煤岩体损伤及冲击动力破坏特征与声发射、微震、电磁辐射等前兆信息的耦合关系,提出了煤岩体冲击破坏前兆信息辨识准则与监测原理,建立了煤岩冲击动力灾害的连续监测预警技术体系,即煤岩冲击动力灾害时间上从早期综合分析预测到实时监测预警,空间上从区域监测预警到局部监测预警、点验证的时空连续监测预警,并按无、弱、中、强4级对煤岩冲击危险进行分级预测预报。应用结果表明:该技术体系可较为有效地判别和预警煤岩冲击动力灾害危险,应用矿井降低煤岩冲击动力灾害显现71%。     

深部开采煤岩动力灾害综合预警指标建立及效果考察

为解决现有煤岩动力灾害预警系统准确率低、易漏报等问题,根据煤岩弹塑脆性模型,建立基于电磁辐射、微震和声发射的煤岩动力灾害综合指标分级预警模型,采用自主研发的ZDKT-1煤岩动力灾害实验模拟系统预测平顶山矿区深部开采煤岩动力灾害危险性,对综合指标分级预警模型进行效果考察.测试结果表明,综合指标明显优于各单项指标,综合指标预测灾害危险率减小至39％,预测灾害危险准确率增大至71％,提高了预测预报的准确性和可靠性.     

煤岩电磁辐射理论与技术新进展

煤炭作为我国重要的基础能源和工业原料，其安全开采是保障国家能源安全、支撑经济社会稳定发展的关键。随着浅部煤炭资源的逐渐枯竭，深部开采逐渐成为我国煤炭资源开发新常态，煤岩动力灾害风险随之攀升，严重制约煤炭安全高效开采，对我国煤炭工业可持续发展造成了恶劣的社会负面影响。准确可靠的监测手段是进行煤岩动力灾害防治的必要前提，地球物理监测预警方法通过感知煤岩变形破坏过程中释放的声、电、磁等物理信号来反演煤岩体的损伤破坏状态，已被广泛应用于煤岩动力灾害预警中。其中电磁辐射监测法具有非接触、无损、实时、前兆性强等优势，适用于矿山信息化智能化发展要求。因此，大力推动电磁辐射监测技术的发展，对于煤岩动力灾害防治具有重要意义，可为智慧矿山建设提供重要的技术支持。围绕试验现象、机理模型、技术方法3个方面对电磁辐射理论与技术研究成果进行综述，回顾了电磁辐射现象的发现过程，分析了电磁辐射信号特征、影响因素、力电耦合效应等煤岩电磁辐射特征规律，根据典型电磁辐射机理模型与应力作用、裂纹扩展过程的相关性进行了分类评述，并对现有煤岩电磁辐射监测预警装备及技术方法进行了简要介绍。在此基础上，详细阐述了近年来在煤岩电磁辐射...     

电磁辐射技术在煤矿高地应力突出采面中的应用

根据高地应力突出危险工作面,回采期间通过电磁辐射和松动爆破措施的联合应用测得电磁辐射的数据,采用趋势预测法求得电磁辐射强度预测预报的临界参考值,可以直观、有效、简便地预测出潜伏的煤岩动力灾害危险。     

煤与瓦斯突出电磁辐射预测指标临界值的确定及应用

阐述了非接触电磁辐射法预测煤与瓦斯突出等动力灾害现象的原理,系统地分析了煤与瓦斯突出电磁辐射预测指标临界值的影响因素．认为电磁辐射预测临界值的确定与煤岩地质情况、煤岩内应力分布、煤岩电性参数、煤中瓦斯状态和煤岩含水率等因素有关;临界值确定的具体方法是通过常规预测方法与电磁辐射方法同步测定的．     

煤与瓦斯突出电磁辐射预警技术及应用

针对目前煤与瓦斯突出危险预警在预警实时性、准确性和便捷性方面的需求,分析了煤岩破坏电磁辐射特征、规律及煤与瓦斯突出过程电磁辐射、常规预警指标变化规律及其相关性,开发了煤与瓦斯突出电磁辐射预警装备及软件,建立了煤与瓦斯突出电磁辐射预警准则,实现了煤与瓦斯突出演化过程电磁辐射的自动分析及预警。研究结果表明:电磁辐射指标与常规预警指标具有较高的正相关性,可以反映煤与瓦斯突出危险性,现场煤与瓦斯突出预警应用结果表明,电磁辐射预警技术具有较高的准确性,可以超前13 m或提前2天预警到突出危险。     

煤岩受载变形破坏声电信号时域特征的实验

受载煤岩变形破坏会产生声发射和电磁辐射信号,利用声电信号前兆在时间上和空间上的变化特征可以预警由大范围煤岩失稳引起的煤岩动力灾害。如何将声电信号的时域特征与煤岩变形破坏过程联系起来,关系到煤岩动力灾害声电预警的效果。利用煤岩单轴压缩变形破坏声电效应实验系统,测试了单轴压缩条件下煤岩试样变形破坏过程的电磁辐射和声发射信号,统计并分析了不同加载阶段电磁辐射和声发射信号的能量、脉冲等参数的变化特征。研究结果表明,受载煤岩声发射和电磁辐射的脉冲数和能量值均具有良好的时域特征;煤样的声电信号随着加载时间的进行而增大,在破坏阶段达到最大值;岩样的声发射信号在破坏阶段达到峰值而电磁辐射信号在弹塑性阶段达到峰值。     

不同尺度电磁辐射时间序列的混沌特征初步分析

基于混沌理论,研究了不同尺度煤岩电磁辐射时间序列的混沌特征.研究结果表明:小尺度煤岩电磁辐射脉冲数序列和现场煤岩电磁辐射时间序列的关联维数均收敛于稳定的饱和值,具有混沌特性;有冲击危险时,电磁辐射时序的饱和关联维D₂数值较大,变化剧烈;无冲击危险时,电磁辐射时序的饱和关联维数D₂数值较小,变化平缓.电磁辐射时序饱和关联维数的变化,可用于监测预报煤岩动力灾害.     

移动式煤岩电磁辐射监测系统

针对煤岩动力灾害监测过程中电磁辐射信号具有很宽频带的特点,现有电磁辐射监测系统不能对电磁辐射信号连续波形采集与存储、造成监测信号部分信息丢失、可能漏检灾害前兆特征等问题,研制了移动式煤岩电磁辐射监测系统。系统采用32位高性能ARM处理器,能够对井下电磁辐射信号进行连续波形采集与存储;能够同步监测8路电磁辐射信号;采用RS458和CAN总线通信方式,对其他安全监测监控系统具有较好的兼容性。实验室与现场测试表明：系统工作稳定、可靠,能够对井下宽频电磁辐射信号进行连续波形采集与储存,在煤岩动力灾害预测预警中具有广泛的应用前景。     

基于WSN的煤岩动力灾害电磁辐射监测系统设计

设计了基于WSN的煤岩电磁辐射监测系统。该系统具有传感器无需布线、组网简单灵活及可靠性高等优点,能够连续监测井下煤岩电磁辐射,对提高煤岩动力灾害监测预警水平具有重要意义。     

电磁辐射法评定冲击矿压危险等级及应用

通过对基于电磁辐射的煤岩体损伤参量的分析,阐述了电磁辐射法预测煤矿冲击矿压危险的原理和冲击破坏预测准则,深化了对其的认识.提出了冲击破坏预测准则中电磁辐射临界值的确定方法,并对煤矿冲击矿压危险等级依电磁辐射法进行了划分,提出了相应的防治措施.通过实例介绍了电磁辐射法评定煤矿冲击矿压危险等级的应用情况.     

工作面煤与瓦斯突出电磁辐射的神经网络预测方法研究

以自适应神经网络的基本原理为基础，系统研究了煤与瓦斯突出电磁辐射自适应神经网络预测的原理，将电磁辐射自适应神经网络模型应用于煤与瓦斯突出危险性预测，实现了煤与瓦斯突出危险性的电磁辐射动态趋势预测．应用结果表明，煤与瓦斯突出电磁辐射神经网络预测法具有预测方法简单、准确性高等特点，可应用于工作面煤与瓦斯突出危险性的预测．     

用电磁辐射法监测预报矿山采空区顶板稳定性

对坚硬煤岩层的电磁辐射特性进行了实验研究，对煤矿回采过程中煤岩体电磁辐射变化规律进行了监测分析，在此基础上提出了电磁辐射监测预报顶板稳定性的技术方法，并在煤矿进行了试验应用.研究结果表明：在矿山采掘过程中，伴随顶板活动会产生明显的电磁辐射信号，顶板垮落前电磁辐射有异常反映，表现为异常增大或呈现增长趋势，用电磁辐射法监测预报顶板垮落是可行的， 且具有快捷、方便、准确率高的优点.     

煤岩电磁辐射效应及其在煤与瓦斯突出预测中的应用

实验研究了单轴应力不同受载方式下的煤岩变形破坏电磁辐射效应规律，探讨了电磁辐射法预测煤与瓦斯突出原理，并将电磁辐射技术应用于煤与瓦斯突出预测。结果表明，电磁辐射法可应用于煤与瓦斯突出预测，预测精度较高，方法简便，大大降低劳动强度和生产成本，真正实现了非接触式空间预测；非接触连续动态空间预测是未来煤与瓦斯突出预测理论的发展趋势。     

煤与瓦斯突出电磁辐射预测指标临界值的确定

基于煤与瓦斯突出预测指标临界值确定原则，现场考察了工作面煤与瓦斯突出电磁辐射预测影响因素及变化规律，提出了工作面煤与瓦斯突出电磁辐射预测指标临界值的综合评判确定法，并在沈阳矿业集团红菱煤矿进行了试验性应用。应用结果表明，工作面煤与瓦斯突出电磁辐射预测指标临界值的综合评判法，具有简单方便、准确可靠的特点，为电磁辐射法预测煤与瓦斯突出临界值的确定，提供了新思路和新方法。     

Rockburst hazard assessment based on electromagnetic emission in Xingfu Mine

In order to research the danger caused by the rockburst, the electromagnetic emission (EME) in the coal rock was monitored and analyzed. The higher the stress in the coal is, the stronger the deformation and the failure are, and also the signal of the EME will be. The EME is increased by a relatively large margin before the slight shock and rockburst break out at spot. Therefore, some methods to monitor and forecast the danger of rockburst were proposed, including the critical point and deviation values, which was by non-contract method. In the end, the observation of EME in Xingfu was used to analyze and forecast the danger level by the rockburst. Then, the measures were proposed to prevent and cure the rockburst.     

冲击矿压预测的电磁辐射技术及应用

试验研究表明，煤岩在冲击破裂过程中，裂缝的形成和颗粒的摩擦会产生电磁辐射；煤岩体所受的应力越高、变形破裂越强烈，电磁辐射信号越强；现场观测的微震和冲击矿压发生前，电磁辐射也有较大幅度的增加．为此，提出了非接触式电磁辐射预测冲击矿压危险的临界指标和偏差技术．     

电磁辐射监测冲击矿压灾害危险

岩石冲击破裂过程中 ,裂缝的形成和颗粒的摩擦会产生电磁辐射。煤岩体的电磁辐射是由于非均质煤岩体在应力作用下非均匀变速变形及裂纹形成与扩展过程中 ,内部电荷的迁移而产生。实验室研究了强冲击煤样破坏前后的电磁辐射规律 ,得到煤体应力越大 ,变形破裂越强烈 ,电磁辐射信号也越强 ;确定了煤样冲击破坏的电磁辐射预警值 ;提出了临界指标法、偏差法等监测冲击矿压危险的电磁辐射方法。采用KBD5矿用本安型冲击矿压电磁辐射监测仪对某矿具有严重冲击危险的四层煤工作面进行了矿震和冲击矿压危险监测 ,有效地预测了多次冲击危险 ,取得了良好的效果。     

深部高应力异常集中区冲击矿压动态防治实践

针对采动煤岩体的应力和储能的“时-空”演化特征,以徐州三河尖煤矿深部高应力异常集中的9202工作面及其轨道巷为试验区,提出了冲击矿压的动态防治技术体系：① 分析冲击危险的地质和开采因素,特别是垂直应力梯度的分布规律,进行冲击矿压危险的“时-空”预区划;② 针对不同的冲击危险区,制订相应的煤岩体强度弱化参数;③ 利用微震、电磁辐射以及钻屑法等多参量监测手段及时检验卸压治理的效果,如果检测指标超标,则继续进行卸压解危,直至指标明显突降。防治过程始终遵循“危险监测-卸压解危-效果检验”的动态循环。这一技术目前已在我国多个高冲击危险工作面进行推广应用。     

电磁辐射法在岩爆监测中的应用

简述了电磁辐射法预测岩爆的原理,实测给出了有岩爆危险时电磁辐射强度和脉冲数的临界值和有岩爆危险时电磁辐射的变化规律。结果表明,采用电磁辐射法预测岩爆是可行的,并且实施需要时间短,准确率高,能够监测到工作面前方的岩体活动情况,是一种很有发展前途的岩爆危险性预测预报方法。