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。     

电磁辐射与声发射矿井综合信息采集系统设计

针对矿山开采受煤岩动力灾害威胁的增加而引发对动力灾害监测技术及准确度提高的需要,综合利用电磁辐射测试和声发射监测机理,设计了电磁辐射与声发射矿井综合信息采集系统,实现了对电磁辐射和声发射信号的同步采集.该技术可有效提高采集系统的准确性和抗干扰能力,实现对煤岩动力灾害的准确监测和灾害评估分析.     

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。     

浅谈电磁辐射在煤矿中的应用

综述了煤岩电磁辐射的产生机理和应用的研究现状,以及电磁辐射在预测冲击矿压、煤与瓦斯突出等煤岩灾害动力现象及其检测煤岩动力灾害防治措施的效果并对电磁辐射的研究及应用前景进行了展望。     

单轴循环加载煤岩电磁辐射规律实验研究

研究了循环加载条件下煤岩受载破坏过程的电磁辐射变化特征规律,并分析了其产生的机理。研究结果表明:煤岩单轴循环加载过程中,电磁辐射信号参量变化随着循环载荷的增加基本上呈线性增大;在加卸载过程中,电磁辐射信号参量随着加载载荷的增大而增大大,且随着卸载的进行而逐渐变小,产生此现象的原因是煤岩受载破坏过程中微裂纹的演化及煤岩基质之间的相互摩擦作用。     

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%。     

煤岩变形破坏电磁辐射规律及其应用研究

大量的理论研究和实验室研究成果证实,煤岩受载荷发生变形破坏的过程中,会以宽频带电磁波的形式向外界辐射电磁能。根据这种现象,研究煤岩受载电磁辐射的变化规律,特别是发生变形破坏前的电磁辐射特征和规律,对于预测预报煤岩动力灾害具有十分重要的意义。采用刚性材料实验机和声电测试装置,对煤岩变形破坏时所产生的声发射及电磁辐射信号进行了测定,试验和测试结果表明,试样发生变形破坏之前,电磁辐射强度呈小幅度上升波动,变形破坏前兆会产生突变;而声发射信号计数率的变化也表现出相似特性。依此规律,可以利用电磁辐射规律进行冲击地压预测预报和防治效果检验。     

煤岩动力灾害声发射预警判识方法的研究现状及趋势

煤岩动力灾害是矿山煤岩体在地应力和瓦斯作用下发生的一种具有动力效应和灾害后果的快速失稳现象,在灾害演化过程的孕育、激发、发展等阶段煤岩体产生破裂,会释放出声发射。通过对煤岩体破坏过程释放出的声发射信息进行监测分析,可以实现煤岩动力灾害的提前预警。基于岩石声发射技术在矿山工程应用的研究成果,系统总结了煤岩动力灾害预警的声发射判识方法的研究现状,指出了当前声发射技术在矿山应用中存在的主要问题,并对该技术的发展趋势进行了展望。     

煤岩破裂电磁辐射预测技术研究进展

目前电磁辐射法是预测煤与瓦斯突出、冲击地压等煤岩动力灾害的先进技术,能够实现非接触、无损、实时监测,但其准确性和高效性有待提高。通过对国内外专家学者研究的整理,以综述的形式,从电磁辐射研究对象、产生机理、频谱特性等几个方面对煤岩破碎电磁辐射预测技术的研究进展进行分析总结。分析讨论后发现电磁辐射法在产生机理、低频信号、频谱特性及影响因素定量化分析、实验室尺度与工程尺度下电磁辐射变化规律的相关性等方面依旧存在不足,并针对其不足提出电磁辐射技术未来的研究方向。     

矿井煤岩动力灾害电磁辐射预警技术

利用煤岩破坏力电耦合模型、煤与瓦斯突出和冲击矿压发生的不同特点及现场测试的大量数据,得到了两种灾害的电磁辐射预警临界值系数和动态变化趋势系数的确定方法.研究表明:煤岩动力灾害电磁辐射预警可以采用脉冲数和强度两个指标同静态临界值和动态趋势相结合的方法进行预警,电磁辐射可以将动力灾害危险分为无危险、弱危险和强危险的3级预警方案,对不同的预警级别可以采用对应的防治措施.     

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.     

煤岩动力灾害的机理分析及防治

煤岩动力灾害发生的前提条件是煤岩体发生变形破坏。根据大量低围压压缩实验总结出煤岩的2种破坏形式,并分析了煤岩动力灾害的发生机理。应用能量极小原理和变分原理研究了煤岩动力灾害的能量失稳判据。以冲击地压为例,分析了其发生的机理;根据能量失稳判据,研究了煤体发生冲击地压的条件。最后,分析了防治煤岩动力灾害的理论依据。     

煤矿深部开采煤岩动力灾害防控理论基础与关键技术

煤岩层赋存条件决定了煤矿深部开采条件下煤岩动力灾害的发生机理更趋复杂、防控难度显著增大,如何解决煤矿深部开采煤岩动力灾害防控问题,直接影响我国煤矿的安全生产和能源的有效供给。针对"煤矿深部开采煤岩动力灾害防控技术研究"这一科学命题,基于冲击地压"三因素"机理和煤与瓦斯突出的综合作用假说,从煤岩动力灾害防控理论基础、关键技术和防控实践等3个方面,梳理澄清了煤矿煤岩动力灾害防控中的一些模糊概念,建立了用于统一描述冲击地压和煤与瓦斯突出发生机理的广义"三因素"("物性因素"、"应力因素"及"结构因素")理论,确定了我国煤矿典型冲击地压的4种类型(煤层材料失稳型、煤层结构失稳型、顶板断裂型、断层滑移错动型),分析了影响冲击地压和煤与瓦斯突出的主要因素,从思想认知、原则方法及技术核心等方面凝练了煤岩动力灾害多尺度分源防控技术,提出了深部开采冲击地压巷道"三级"吸能支护思想与成套技术,开发了煤与瓦斯突出井上下联合抽采防控技术和超高压水射流"横切纵断"防治复合煤岩动力灾害技术,并在现场开展了应用试验。煤矿深部开采煤岩动力灾害防控理论与关键技术的建立与完善,为我国今后煤矿煤岩动力灾害的防治提供了科学依...     

煤岩双剪摩擦滑动声电响应实验研究北大核心

井下开采过程中常伴有煤体摩擦现象。大尺度煤岩体摩擦滑动引发的煤岩动力灾害会带来巨大的经济损失和人员伤亡。以宽沟煤样为实验对象,利用摩擦装置进行了不同加载速率(0.1、0.2、0.3、0.4 mm/s)条件下的煤样摩擦实验,得出了试样在不同加载速率下声发射和电磁辐射的信号特征。研究表明:试样受载滑动过程中伴随有明显的声发射电磁辐射信号产生,且声电信号随加载呈周期变化,声电信号强度随载荷降出现而出现,随载荷降的幅值的增加而增大,两者之间在时序上具有一定的协同性;累计声电能量计数变化与试样摩擦破坏程度正相关,基于累计声电能量计数指标可实现试样摩擦启动和结束的判断预警。     

煤岩物理力学性质对煤与瓦斯突出的影响研究

煤与瓦斯突出是煤矿中一种极其复杂的动力现象,危害到煤矿生产和人员安全。煤与瓦斯突出的发生机理十分复杂,影响因素众多,其中煤岩物理力学性质是其灾害发生的主要因素之一。随着煤炭开采的发展和浅部可采储量的逐年减少,深部开采成为我国大部分煤矿必须面临的问题,同时煤与瓦斯突出灾害越来越严重,通过煤岩物理力学性质实验室测定可以分析研究煤与瓦斯突出发生前后岩体变形破坏规律。     

“煤矿深部开采煤岩动力灾害防控技术研究”专题编者按

随着我国浅部煤炭资源的逐渐减少甚至枯竭,地下开采深度的逐渐延伸,越来越多的矿井将面临严峻的深部开采煤岩动力灾害问题。如何有针对性地开展防控深部开采过程中遇到的冲击地压和煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害事故,是摆在科研和生产工作者面前的难题。鉴于此,国家在“十三五”期间,将“煤矿深部开采煤岩动力灾害防控技术研究”列入国家重点研发计划项目,重点对煤矿深部开采条件下的冲击地压、煤与瓦斯突出和复合煤岩动力灾害的危险性探测、防控机理和防控技术开展研究,本期第1~11篇论文基于该项目两年来的主要研究成果,从材料失稳角度研究了冲击地压的触发判据和从结构失稳角度研究了冲击地压的孕灾机制;系统研究了采掘巷道冲击危险性的探测与支护技术;从理论和数值模拟上研究了煤矿深部开采卸荷消能与煤岩介质属性改造协同防突机理和深部矿井冲击地压、瓦斯突出复合灾害发生机理等。本期“煤矿深部开采煤岩动力灾害防控”专题是上述成果的集中展示,希望有益于促进我国煤矿深部开采煤岩动力灾害的防控。     

深井煤岩动力灾害的连续卸压开采防治机理

深井煤岩动力灾害的防治理论与技术一直是煤矿安全开采领域的重要研究方向之一,但一直没有取得重大突破。基于目前我国煤矿深部开采面临的煤与瓦斯突出、冲击地压、巷道围岩大变形、承压水开采等重大灾害现状,聚焦煤与瓦斯突出以及冲击地压,借鉴煤与瓦斯共采的卸压开采机理,提出了卸压开采防治煤与瓦斯突出以及冲击地压的机制。展望了深部动力灾害控制的研究方向,认为现场试验、物理模拟、数值模拟和虚拟现实相结合的系统研究是研究深部动力灾害控制的有效手段和途径。     

采动过程中煤岩电磁辐射影响因素研究

电磁辐射法是一种能够有效预测预报煤岩动力灾害的地球物理方法,利用KBD7电磁辐射监测仪对红菱矿1200,1204工作面回风巷煤岩采动过程进行了连续监测,探讨了采动过程中煤岩电磁辐射机理,并分析了电磁辐射信号与采掘工艺、地质构造及防突措施等影响因素的关系。     

煤岩破裂产生的冲击破坏及其探测技术

根据煤岩破裂产生的冲击破坏机理,提出了煤岩冲击破坏的弹塑脆性模型,并利用该模型分析如何进行冲击矿压危险性预测;介绍了声发射以及电磁辐射技术的机理和监测原理。