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。     

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。     

非常温下煤岩样声发射及电磁辐射研究

利用煤岩升温变形破坏声电效应实验系统,对不同煤岩样在升温破裂时的声发射、电磁辐射信号进行测试,分析得出煤岩样的声发射和电磁辐射信号在加热升温过程中的变化规律,并且对电磁辐射在相同频率不同位置下的变化规律进行测试。研究结果表明,在加热升温过程中,煤岩样都会发出声发射和电磁辐射信号;煤岩所产生的声发射信号会出现先增大后减小的变化规律,而电磁辐射信号会随着温度的变化而变化,其变化趋势和温度的变化趋势大致相同。     

岩石动力破裂及其电磁辐射信号特征分析

为提高电磁辐射预测煤岩体动力灾害的准确性,设计霍普金森杆冲击试验,监测收集岩石破裂时产生的电磁辐射信号,并对信号使用小波变换的迭代阈值方法进行去噪,将处理后的电磁辐射信号结合砂岩承受冲击荷载后的应力特征,总结出砂岩冲击破坏时电磁辐射的产生规律.结果表明：根据砂岩遭受冲击后的破坏形态,可将其分为冲击压缩破坏与冲击拉伸破坏;产生破裂时电磁辐射有较大增强,随后随着应力波波谷传递至试件开始降低,而拉伸破坏的试件在此时发生拉伸破坏也会导致较大的电磁辐射波动,在应力波震荡过程中裂隙逐渐扩展,电磁辐射会逐渐增大直至试件完全破坏不再产生电磁辐射;裂隙扩展阶段电磁辐射强度增大,岩石破裂后电磁辐射的强度降低,且具有幅值小、频域窄、主频低等特征.     

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。     

电磁辐射法在冲击地压预测中的应用

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.在冲击地压发生前,煤岩电磁辐射将有较大幅度增加,通过捕捉电磁辐射能量来确定预测冲击矿压危险的临界指标.     

预制裂纹煤系岩石破坏的电磁辐射规律研究

实验研究了含预制裂纹煤系岩石单轴压缩破坏的电磁辐射规律及其响应机制。结果表明,预制裂纹的存在降低了岩石破坏电磁辐射信号的强度及脉冲数,相较于45°裂纹岩样,预制30°裂纹岩样破坏的电磁辐射强度更低;含预制裂纹岩样破坏的电磁辐射信号具有波动性和阶段性;预制裂纹倾角不同时,煤系岩石受载破坏电磁辐射信号的主导机制也不相同。     

跃进矿23130工作面煤体应力状态的地球物理响应规律

受载煤体变形及破裂时能够产生微震、声发射和电磁辐射信号,可以根据微震、声发射和电磁辐射信号的变化规律来评价回采工作面煤体应力状态。针对回采工作面煤体应力状态的地球物理响应,对跃进矿23130工作面进行了现场测试,结果表明微震、声发射和电磁辐射信号在应力集中区较强,在松弛区和原始应力区较弱,信号的变化与煤体的应力状态的分布有较好的对应关系。     

煤体声发射与电磁辐射监测冲击矿压危险的应用研究

研究了煤体变形破坏过程中产生的声发射及电磁辐射信号特征,利用地音仪及电磁辐射仪对华丰煤矿四层煤冲击矿压危险进行监测,找出了冲击矿压发生前的声发射及电磁辐射规律,摸索出了四层煤的监测预报参数及预报指标,实现了工作面冲击危险的监测预报,应用效果较好。     

Lyapunov指数在电磁辐射预测煤矿动力灾害中的应用

电磁辐射指标综合反映了煤岩动力系统演变情况。为了讨论电磁辐射时间序列是否具有混沌特征,实现电磁辐射的预报,提前了解煤岩体未来的动力变化情况,利用在线式电磁辐射监测仪KBD7对掘进煤巷进行了跟踪监测,用小数据量方法计算了实测电磁辐射时间序列的最大Lyapunov指数,结果表明其具有混沌特征,电磁辐射短期内可以预测,适当选择样本容量和排除干扰可以提高预测精度。     

深井厚煤层冲击地压综合预警技术研究

针对大采深厚煤层条件下冲击地压的监测预报难题,以千秋煤矿为例,提出了基于电磁辐射和微震的冲击地压综合监测预警方案,并对冲击事件前微震反常的原因进行了初步探讨。发现冲击地压发生前电磁强度基本呈逐渐上升趋势;微震频次和日总能量在冲击发生前逐渐减小,在冲击发生时频次和日总能量达到峰值;认为冲击事件前微震反常现象是煤岩体应力转移和塑性变形所致。综合利用电磁辐射和微震的这种特征规律可显著提高大采深厚煤层矿井的冲击地压预警准确率。     

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。     

Removal of noises from electromagnetic radiation of coal or rock with EEMD-adaptive morphological filter

The electromagnetic radiation (EMR) signal collected by monitoring system during coal or rock dynamic disaster may be interferred easily by electromagnetic noises in mines. The noises have a direct influence on the recognition and analysis of the EMR signal features during the disaster. With the aim of removing these noises, an ensemble empirical mode decomposition (EEMD) adaptive morphological filter was proposed. From the result of the simulation and the experiment, it is shown that the method can restrain the random noise and white Gaussian noise mixed with EMR signal effectively. The filter is highly useful for improving the robustness of the coal or rock dynamic disaster monitoring system.     

向斜构造区内动压巷道围岩水射流防冲技术研究

针对砚北矿区向斜构造区内2502采区内巷道围岩动压显现频发难题,通过现场调研、实验室测试和理论分析的方法对动压巷道围岩冲击机理进行了研究,基于此,阐释了水射流防冲机理并进行了现场工业性试验。研究结果表明：煤样经过饱和水软化处理后,冲击倾向性由强冲击转变为弱冲击|采动引起的动载荷和巷道围岩内积聚的静载荷叠加作用是导致围岩诱发冲击的根本原因,且可划分为动载荷主导型和静载荷主导型2种类别|水射流防冲技术能够在巷道两帮内形成弱结构区,有效地转移和释放两帮内原有高集中静载荷,进而实现对于巷道两帮和底板的冲击防治目的。现场实施水射流防冲技术后电磁辐射信号平均值由49.7mV减小至15.6mV,同时巷道两帮和顶底板移近量均控制在5%以内,有效保证了巷道围岩的应力环境和支护控制效果。     

跃进矿25110工作面巷道冲击的电磁辐射前兆规律

煤岩电磁辐射技术可以预测、预报矿井冲击地压。针对跃进矿冲击地压频发生问题,采用电磁辐射预测的方法,详细研究了工作面某处电磁辐射信号的前兆信息。获取了冲击危险前兆信息,检验了卸压爆破的效果。     

煤岩摩擦过程表面电位特征规律实验研究

实验研究了煤岩摩擦过程中表面电位及其变化规律,初步探讨了煤岩摩擦表面电位变化机理。结果表明：煤岩摩擦过程中有表面电位产生,并且与载荷有较好的对应关系。煤岩摩擦过程分别经历了静摩擦阶段和动摩擦阶段,且动摩擦阶段的表面电位信号强于静摩擦阶段。岩石摩擦过程表面电位信号基本呈正负双向突变,摩擦面两侧表面电位极性相反,具有对称性;煤样摩擦过程表面电位信号基本呈单向突变,摩擦面两侧表面电位极性对称不显著。煤岩摩擦引起表面电位发生变化可由摩擦起电、热电子发射和场致电子发射等机制解释。     

深部开采岩体超低摩擦效应实验研究

对岩体超低摩擦现象的国内外研究现状进行了综述,介绍了岩体中存在的超低摩擦效应,指出在深部开采条件下,岩体工程中的超低摩擦现象与冲击地压、矿震、地震等扰动密切相关.利用卧式双向伺服加载实验机进行了岩石试件超低摩擦效应的实验研究.结果表明:水平向微小扰动比垂直向扰动对岩石试样接触面应力降的影响更为明显,说明水平向扰动是引起岩体超低摩擦效应的主要因素.     

回采工作面应力分布的电磁辐射规律

电磁辐射强度和脉冲综合反映了煤体前方应力的集中程度和危险程度,因此可利用电磁辐射技术对回采工作面的应力分布和变化趋势进行测定.测定结果表明,工作面煤柱应力在倾向上分布平稳,在走向上有明显的高低应力区出现,不同位置的应力随时间变化趋势基本一致.煤柱内部应力变化反映了煤柱深部松弛区和应力集中区的分布规律,煤体深孔预裂预爆措施会导致煤体卸压带的范围扩大,煤体的应力集中区向深部转移.     

深埋巷道围岩特性对其位移的影响

以平煤集团五矿的深埋巷道为研究对象,采用有限差分程序FLAC3D研究了围岩特性对深埋巷道围岩位移的影响,获得了不同岩石内摩擦角和粘聚力条件下深埋巷道围岩位移变化的规律。分析结果表明,在地应力和支护阻力一定时,岩石的内摩擦角对深埋巷道围岩位移的影响最为明显。