矿井煤岩动力灾害声发射监测传感器孔底安装方法研究

声发射传感器安装是确保有效监测声发射信号的重要环节。通过不同安装方式的对比分析,指出煤矿井下进行煤岩动力灾害声发射监测时应优先选择传感器孔底安装方式。设计了一种快速便捷的声发射传感器孔底安装叉式固定方法,并进行了现场考察。结果表明,该方法简化了安装工艺,解决了上向孔内传感器和煤岩体注浆耦合不紧密导致监测信号残缺的问题,提高了传感器与煤岩体耦合的时效性、稳定性,确保了声发射信号的持续有效接收。根据现场安装钻孔角度,形成了声发射传感器孔底安装水泥注浆固定法和叉式固定法2种安装方法。在大角度上向孔和水平孔内安装时,宜选择声发射传感器孔底安装叉式固定法;在下向孔内安装时,宜采用孔底安装水泥注浆固定法。     

声发射传感器随掘监测有效范围考察

为确立煤巷掘进过程声发射监测传感器有效监测范围,指导传感器安装钻孔合理布设,确保监测信号真实性与可靠性,最终提升煤巷掘进煤岩动力灾害声发射在线监测效果,结合弹性波理论传播规律与现场考察方法,在川煤集团新维煤业2113输送带巷进行现场试验考察。研究成果可有效提升传感器安装钻孔超前布设的合理性及监测效果,节约生产成本,为建立有序高效的煤巷掘进工作面声发射监测技术体系提供支撑及指导。     

基于落锤法的含瓦斯煤岩体强度试验研究

进入深部煤层后,吸附瓦斯量增加,煤岩体力学性质及煤样强度发生变化。基于实验室测试模拟的方法,搭建瓦斯煤岩普氏系数测试物理实验平台,测试不同瓦斯压力条件下、不同矿区煤岩体的坚固性系数,来反映含瓦斯煤岩体强度变化规律。结果表明:随着瓦斯吸附平衡压力增加,煤岩含瓦斯的坚固性系数f值呈递减趋势,满足负指数变化规律;长焰煤在吸附平衡压力超过0.8 MPa后,f值降到突出临界值以下,煤的突出危险性发生变化;相对于构造煤,非构造煤f值受吸附平衡压力更加明显,无烟煤在1.2～2 MPa区间吸附平衡压力f值变化更加明显,贫煤在0.8～1.2 MPa区间吸附平衡压力f值变化更显著,长焰煤在0.4～0.8 MPa和1.2～2 MPa 2个区间吸附平衡压力f值变化较明显。     

基于AE传播规律监测急倾煤层掘进期动力现象

为了考察急倾斜煤层巷道掘进过程中动力现象的声发射监测效果,对声发射在煤岩体内的传播规律进行了理论分析,使用AEF-2型便携式声发射仪对东林煤矿井下煤层内的声发射传播规律进行了现场试验,得出了声发射信号的振幅随传播距离的增大呈指数衰减关系,且衰减系数约为0.314 1.据声发射传播规律巷道掘进过程中的动力现象进行了跟踪监测,监测结果表明:当实际监测的振幅衰减系数与回归分析得出的衰减系数差距较大时,AE监测到的振幅衰减曲线上会出现异常点;当监测曲线出现异常点时,即为发生动力现象的位置大多集中在掘进面再向前掘进4～6m.利用声发射传播规律对动力现象进行监测,可实现动力灾害的超前预测.     

矿井地音监测技术的研究

本文针对煤岩体声发射信号的特点以及地音监测实时性的要求,提出了一种基于DSP的地音监测系统的设计方案,通过安装在锚杆上的地音传感器,连续监测工作面前方的煤岩体声发射活动的变化规律和特征,实现对矿井动力灾害的预测预报。     

煤巷掘进工作面声发射监测传感器超前布设工艺研究

为实现对煤巷掘进工作面掘进过程声发射监测信号的有效采集，确保监测效果真实可靠，对煤巷掘进过程声发射监测传感器超前布设工艺进行了研究。在掘进工作面本煤层顺层钻孔与底板巷穿层钻孔安装传感器，考察监测工艺可行性以及监测信号的有效性与真实性。研究结果表明：可伸缩式弹性倒爪机构可实现传感器在顺层与穿层钻孔内的有效安装，但基于工程现实客观条件，底板巷穿层钻孔安装传感器更具可行性；同时通过该传感器所采集的监测信号更接近煤岩体内产生的真实信号，从而确立了煤巷掘进工作面声发射监测传感器宜采用底板巷穿层钻孔布设的安装工艺，该工艺可有效提升监测信号真实性与可靠性，并进一步完善了煤巷掘进工作面声发射监测技术体系。     

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。     

水岩作用下不同强度煤岩组合体力学特性损伤规律研究

在富水矿井中，煤岩体以及井下留设的隔水煤岩柱受到地下水的长期侵蚀，导致煤岩体在水岩作用下力学特性发生改变并受到损伤，直接影响到矿井的稳定及安全生产。因此，对泥岩-煤-泥岩(N-M-N)、砂岩-煤-砂岩(S-M-S)、石灰岩-煤-石灰岩(H-M-H)3种不同煤岩强度比的煤岩组合体开展饱水前和饱水后的单轴压缩试验，研究水岩作用下煤岩组合体的力学特性演化规律和声发射损伤特征，并结合RFPA2D数值模拟分析水岩作用对组合体破裂形式的影响。研究结果表明：水岩作用对煤岩组合体抗压强度和弹性模量有明显的劣化效应；水岩作用使煤岩组合体的声发射计数和累计计数下降明显；水岩作用使煤岩组合体裂隙扩展及破裂形式发生明显改变，声发射事件数始终伴随有裂隙的产生与扩展。     

煤岩破裂声发射实验研究及R／S统计分析

对受载煤体破裂过程中的声发射（ＡＥ）信号进行了测定和分析．研究结果表明,受载煤岩体的变形破裂及声发射信号并不连续,而是阵发性的．声发射信号符合赫斯特（ＲＳ）统计规律．在受载煤岩体的破裂过程中,声发射信号基本呈现逐渐增强趋势,这对于预测预报煤岩灾害动力现象有重要的意义．     

不同岩性煤岩体声发射特征参数及破坏前兆信息研究

针对煤矿工程现场中动力灾害频发,灾害前兆信息难以预测的难题,通过室内试验,开展了不同岩性煤岩体材料声发射特征参数及破坏前兆信息的研究,揭示了不同岩性煤岩体破坏特征及声发射特征,并获得了其破坏前兆信息。结果表明:不同岩性煤岩体材料宏观破坏特征基本相似,但其破坏阶段、破坏过程和破坏特征呈现一定的差异;不同岩性煤岩体的声发射特征值大小不同,但演化规律整体上呈现一致性,具体表现为:压密阶段声发射呈"稳定增高"状态,弹性阶段声发射呈"稳定沉默"状态,弹塑性阶段声发射呈"急剧变化"状态;在弹塑性阶段,当达到应力峰值的过程中出现短暂的"声发射平静期",这显然与临界慢化理论相吻合,故将其定义为致灾"前兆信息点"。     

The study of acoustic emission （AE） forecasting coal and rock disaster technique

Introduced the coal and rock AE propagation rule, wave guide fixing technics on AE sensors, and AE forecasting coal and rock disaster on the scene and so on. The coal and rock AE propagation rule that follows the exponent attenuation function on different AE frequencies, different quality factors and different propagation distances were analyzed and deduced by theory, numerical simulation, and by actual experiment. Consequently, it was deduced that the coal and rock AE propagation rule follows the exponent attenuation function. Based on the correlative theory of wave dynamics and AE sensor, the AE wave guide propagation mechanical model on the sensor fixing manner is found, and the relations of displacement and speed and acceleration between the AE signal source and the AE signal receiving terminal are presented. The effect of the AE sensor fixing manners on coal and rock surfaces, coal and rock bottoms and wave guides were studied by actual experiment. For the results, the effect of the AE sensor fixing manner on wave guides is better than on coal and rock surfaces, and was equivalent to the fixing manner on coal and rock bottoms. Based on the above study results, actual coal and rock dynamistic disasters were successfully forecasted. Supported by the Project of National Basic Research Program of China (973 Program) (2005CB221505); the Significant Project of National Natural Science Fund (50534080/E041503); the Project of Coal Mine Gas and Fire Hazard Prevention Major Lab in Henan Province (HKLGF200508)     

急倾斜煤层采空区覆岩局部化变形的特征分析

 完成了基于声发射的相似模拟实验设计,并对复杂地质环境下的急倾斜煤层采空区覆岩局部损伤、变形及演化特征进行了分析。研究在开采扰动和开采深度不断加大时,布置在采空区顶底板覆岩各个相位点的声发射特征。结果表明,测点的方位布置对AE（Acoustic Emission）信号干扰影响不大,顶板结构平衡期局部剪切部位的迅速扩张和微裂隙变异是造成AE信号突变的主要原因,这将进一步揭示了急斜煤层围岩“砌体”结构变形移动的非线性规律。     

复杂不稳定煤岩综放开采不规则来压顶板垮断机理研究

复杂不稳定煤岩开采,由于涉及因素复杂,无法建立统一模型,现场实测数据分散,来压规律不易总结,需顶板垮断机理解释和指导.以同发东周窑矿复杂不稳定煤岩综放开采实测不规则矿压规律为切入点,通过理论分析,提出了该矿复杂不稳定煤岩综放开采顶板的8种典型垮断机理,从理论上解释了该区特殊矿压规律,对复杂不稳定煤岩顶板垮断机理进行了探...     

特厚煤层综放采场瓦斯运移规律

采用高精度微地震监测技术,结合岩石力学理论进行分析,得到了特厚煤层综放工作面采场围岩破裂规律。根据综放采场瓦斯运移规律和工作面超前煤体的百米钻孔瓦斯自然涌出量的现场实测,确定了导致工作面超限的瓦斯主要来自于采空区,给出了可抽放瓦斯的范围。通过分析岩层运动规律与工作面瓦斯浓度变化规律,证明工作面瓦斯的涌出主要受高位岩层周期运动的影响。     

多通道声发射监测系统在矿山安全开采中的应用

以多通道声发射监测系统在某矿山采空区顶板坍塌事故中的成功预报为例,对顶板坍塌事故发生前后一周的声发射事件的特征参数进行了统计分析,对监测到的声发射信号进行了分类,指出了岩体在不同受力阶段声发射波形的变化,总结了岩体失稳前的声发射前兆规律,对声发射在类似矿山及岩土工程监测中的应用有较好的参考价值。     

声发射及CT在煤岩体裂纹扩展实验中的应用进展

声发射技术和CT扫描技术是监测煤岩体裂纹扩展的重要手段。概述了声发射及CT扫描实验在煤岩体领域的发展历程和应用现状。结合声发射技术与CT扫描实验的优点,提出声发射与CT相结合进行煤岩体实验的研究方向,以便于有效结合煤岩体内部裂纹变化情况进行煤岩体裂纹扩展机理的研究,为进一步研究煤矿冲击地压的发生机理提供理论依据。     

基于声发射时频特征的不同含水煤样冲击倾向试验研究

为探究含水煤样冲击倾向指标与其声发射时频特征的关联性。采用物理试验和信号处理分析方法,以河南耿村煤矿7609工作面煤样为研究对象,考虑饱水、自然含水和烘干24 h三种含水条件,深入研究不同含水煤样冲击倾向的变化规律;建立不同含水率煤样冲击倾向与其声发射时频信号的对应关系。结果表明:煤样加载破坏过程监测获得的声发射时频信号分布特征能够反演其受载阶段,声发射幅频信号的变化不仅能够判定煤体结构的破坏尺度,而且可利用不同频率范围声发射能量分布推断其冲击倾向强弱和发生动力破坏的可能性。定义了煤体结构冲击倾向的声发射反演能量比值Kae和频率幅值相对值比值Kaf;以河南耿村矿7609工作面煤样为例,验证了声发射信号时频特征和关键参数反演煤体结构冲击倾向的可行性。     

Integrated real-time roof monitoring

CSIRO has recently developed a real-time roof monitoring system for underground coal mines and successfully tried the system in gate roads at Ulan Mine. The system integrated displacement monitoring, stress monitoring and seismic monitoring in one package. It included GEL multianchor extensometers, vibrating wire uniaxial stress meters, ESG seismic monitoring system with microseismic sensors and high-frequency AE sensors. The monitoring system automated and the data can be automatically collected by a central computer located in an underground nonhazardous area. The data are then transferred to the surface via an optical fiber cable. The real-time data were accessed at any location with an Internet connection. The trials of the system in two tailgates at Ulan Mine demonstrate that the system is effective for monitoring the behavior and stability of roadways during longwall mining. The continuous roof displacement/stress data show clear precursors of roof falls. The seismic data (event count and locations) provide insights into the roof failure process during roof fall.     

含水煤岩损伤破坏过程中声发射特征的研究

岩土工程在施工及运营期间,经常会遇到地下水和施工及运行载荷的共同作用,岩体在地下水和各载荷作用下的力学性能是影响岩土工程长期稳定性的重要因素之一。在收集国内外相关资料的基础上,对含水煤岩在单轴压缩、周期载荷作用、三轴压缩、剪切及拉伸等应力作用下的力学特性及声发射特征等方面进行了综述,对国内外的研究现状进行了回顾与分析,进而总结了含水煤岩力学特性及声发射特征的部分规律。指出随声发射技术在工程岩体稳定性监测领域的广泛应用及试验手段和试验方法的进一步发展,含水煤岩声发射有向真三轴、多场耦合方向发展的趋势,同时随着数值模拟软件及并行技术的快速发展,数值模拟试验将为含水煤岩声发射特征的研究开辟新的途径。     

采矿岩石多尺度破坏力学

采动复杂应力环境下围岩的多尺度破坏行为是诱发煤矿灾害的一个根本因素.本文系统总结了团队十多年来在岩石宏细观破坏力学、巷道围岩控制及岩层移动等采矿岩石多尺度破坏力学的研究进展.在岩石力学室内实验尺度方面,利用带加载装置的SEM高温试验系统研究了热力耦合作用下岩石细观裂纹的萌生、扩展和断裂全过程,揭示了细观断裂机制;研究了...