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。     

矿井煤岩动力灾害声发射监测适用条件初探

基于应力波传播理论、品质因子 Q 理论，建立了煤岩体声发射传播理论模型，并结合大量现场试验，得出了声发射在不同普氏坚固性系数的煤岩介质中的传播规律；基于此规律及现场实际监测工艺，初步确定了声发射监测煤岩动力灾害的适用条件:当煤的普氏坚固性系数f _p ＜0.2时，声发射传感器宜安装在顶板岩层内；当煤的普氏坚固性系数 f _p ≥0.2时，声发射传感器可安装在岩体内，也可安装在煤体内。     

声发射系统中的一维黏弹性波导器理论模型

根据波动动力学的相关理论,建立了一维波导器的黏弹性力学模型,给出了模型的基本假设,运用黏弹性理论推导了模型中声发射简谐应力波在界面的应力及位移的透反射系数公式,得出了声发射简谐应力波在波导器中的位移、速度及加速度随传播距离变化的公式,通过公式可知波导器接收端声发射信号位移、速度及加速度与波源声发射信号相关参数的关系,从而初步得知波导器中声发射信号的传播规律.     

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。     

基于声发射能量值的煤岩试样损伤分析

试样内部微裂纹在压力作用下的萌生、分叉、扩展及贯通,最终导致了试样的破坏。声发射检测系统能实时检测获得试样在变形破坏过程中声发射信号,获得的声发射特征参数也因此包含了煤岩试样变形破坏过程中大量的损伤信息。通过利用试验获得的声发射特征参数对岩石变形破坏过程的损伤进行分析研究,得出岩石的声发射现象与岩石的损伤有密切关系。     

煤体破裂声发射的频谱特征研究

对受载煤体声发射的频谱特性及变化规律进行了测试及研究分析，结果表明，煤体受载破裂时，其声发射信号的频谱不是一层不变的，而是随载荷及变形破裂过程而发生变化，基本上是随着载荷的增大及变形破裂过程的增强，声发射信号增强，主频带增高．煤体声发射的频谱特征变化与煤体变形破裂过程密切相关．     

岩体声发射传播衰减理论分析与试验研究

介绍了岩体介质中的应力波，根据弹性力学相关理论推导了岩体声发射传播的波动方程，分析了影响声发射波在岩体介质中传播时的衰减因素，实验验证了相关理论．现场试验表明，井下声发射具有突发性、随机性、波形变异性，煤体中声发射频率较低，有效接收范围为20～30m．     

颗粒煤岩破裂过程声发射与电荷感应试验

考虑颗粒间摩擦和黏结力作用,建立了基于颗粒物质力链失稳的煤岩体破裂判据。分析颗粒煤岩单轴压缩试验结果,得到了颗粒煤岩抗压强度、弹性模量随颗粒煤岩粒径增加而降低的变化规律,从细观尺度证明了煤岩单轴压缩张拉破坏的根源为剪切破坏。分级和循环2种加载试验研究结果表明：颗粒煤岩破裂过程中的声、电荷信号与力链中颗粒摩擦及粘结情况密切相关,声、电荷信号的产生机理存在本质上的差别。从破裂类型看,微裂隙的张拉破坏和颗粒摩擦错动均可导致声发射出现,而煤岩颗粒间的摩擦和微破裂面的相互错动是产生大量自由电荷、发生电荷感应现象的主要原因。可以利用声信号高-低-高的周期变化次数预测采动煤岩体经历的分级和循环加卸载次数;电荷信号首次突变-平稳-突变的出现时间是采动岩体应力阶段的划分标准。声、电荷信号幅值突变的剧烈程度是采动煤岩体失稳的重要前兆物理信息,可由此预测煤岩体稳定性,以便及时做出预警和相应的防护措施。     

Research on propagation law of AE wave in coal seam

Based on mechanism of AE creation, put forward sphere cavity model, and deduced wave Equation of AE wave radiated by the AE source in detail, and analyzed the propagation attenuation law of AE stress wave in coal （rock） strata. Displacement function of AE wave indicates that displacement field can be divided into two parts. Firstly, displacement of particle is approaching to the source intensity function in zone near the AE source. Secondly, in zone far away from the AE source, displacement of particle is approaching to the derivative of source intensity function. AE wave changes gradually in the spreading process, and notable change of the wave form happens when wave propagates far away from the AE source.     

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.     

基于波形互相关的煤岩声发射事件自动识别模型

为了对煤岩破裂产生的大量声发射事件进行快速高效的自动识别,研究提出了一种基于长短时窗法(STA/LTA)的自适应滑动时窗更新方法(SSSW);根据煤岩破裂声发射波形相似性特征,在不断更新的自适应滑动时窗内构建了波形互相关函数,并采用加权最小二乘迭代算法对各通道波形进行时差校正;在时差校正的基础上,构建了声发射波形相似系数求解方程;综合上述研究,最终建立了基于波形互相关的煤岩声发射事件自动识别模型(WCCADM),WCCADM综合了各通道间有效声发射事件和噪声波形振幅、持续时间的相似性和差异性特征对煤岩破裂声发射事件进行自动识别。石灰岩胀裂声发射实验数据验证分析结果表明:SSSW可以根据煤岩破裂声发射事件发生时间间隔及波形持续时间不同的特征自适应地对滑动时窗长度进行调整更新;在自适应滑动时窗内,基于波形互相关函数、时差校正和相似系数方程得到各通道间波形的相似系数,通过设定合理的相似系数阈值能够对煤岩破裂诱发的大量声发射事件进行高效准确的自动识别。