煤岩动力灾害非接触电磁辐射监测系统及应用

地下开采过程中经常会发生煤与瓦斯突出、冲击矿压、顶板冒落等动力灾害,传统的接触式预测方法已经不能适应现代化采煤生产和安全的需要.利用煤岩受载下的电磁辐射规律和原理,开发研制了煤岩动力灾害电磁辐射非接触监测预警系统,该系统主要由高灵敏度电磁辐射接收天线、电磁辐射主机等组成.并通过国家MA标志和防爆检验,并在现场对煤与瓦斯突出、冲击矿压进行了监测预警,取得了成功推广应用.     

煤岩动力灾害电磁辐射监测仪及其应用

基于受载煤岩体的电磁辐射特性及规律,研制了具有电磁信号接收、数据处理、数据存储、通讯和灾害预报等功能的煤岩动力灾害电磁辐射监测仪,开发了基于Windows系统的具有数据通讯、参数设置、数据处理及分析和动态预报等功能的软件．该仪器在预测煤与瓦斯突出时,有突出危险煤层的电磁辐射水平远高于无突出危险煤层;在预测冲击地压时,矿压大的地方,电磁辐射较强,有冲击危险的区域,电磁辐射异常,表现为电磁辐射水平明显增强或变化剧烈．表明电磁辐射法预测煤与瓦斯突出和冲击地压等煤岩动力灾害危险性是可行的,研制的电磁辐射监测仪实现了非接触预测,省时省力,对生产影响较小,稳定性好,准确率较高．     

瓦斯吸附对煤体的影响分析

利用自行研制的实验装置研究了在瓦斯压力变化过程中煤体吸附瓦斯后发生的变形,并在已有研究的基础上讨论了瓦斯对煤体的影响。研究结果表明：煤样吸附瓦斯气体后发生膨胀变形;游离和吸附瓦斯的存在会削弱煤体的强度,使煤体脆性度增大,其失稳破坏更易发生,煤体失稳破坏进程加快;煤体吸附的瓦斯气体中吸附性越强的气体所占比例越大,煤体发生的膨胀变形将越大;在现场受限条件下,煤体产生的膨胀应力越大,煤体的强度降低得越多。     

矿井通风系统巷道自动绘制方法研究

基于使用计算机自动绘制矿井通风系统图的需要,利用面向对象的程序设计思想,设计通风系统巷道的自动绘制算法,提出多条巷道连接于一点的处理方法,引入多条巷道在空间交叉的消隐方法。该算法在孔庄矿局部通风系统中进行了应用,结果表明,能一次性、连续、准确、快速地绘制出井下所有的通风巷道。     

煤体瓦斯渗透性的电场响应研究

通过试验研究了施加交变电场条件下的煤体瓦斯渗透特性，并分析了其作用机理．研究结果表明，煤体瓦斯渗透率对电场有明显的响应：施加电场后，煤体瓦斯的渗透率提高，并且随着电场作用频率和强度的增加而提高；其作用机理是：外加电场作用使煤瓦斯分子热运动加剧，吸附势阱降低，吸附量降低，活性提高，增强了瓦斯的解吸和扩散，使煤体瓦斯的有效渗透通道增大，这对于提高煤矿瓦斯排放率和煤层气的开发利用，对于防治煤矿瓦斯灾害都有重要的现实意义。     

煤与瓦斯突出多尺度预测研究

采用分形几何学手段，从煤田、井田、采区等3个尺度上，研究了地质构造的分形特征，并将构造分维数与瓦斯突出危险性程度作了对比分析。结果表明，在不同尺度上，地质构造均具有分形特征，构造分维数与瓦斯突出危险性间存在正相关关系，为煤与瓦斯突出分形预测研究提供了初步的理论基础。     

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...     

煤吸附水的微观机理

根据煤大分子和表面的结构特点，应用分子热力学和表面物理化学理论分析了煤表面自由能的特征和煤吸附水的微观机理．结果表明，煤对水分子的吸收从微观上看是由于水分子与煤表面相互吸引作用的结果，这些作用力包括分子间力和氢键．煤对水分子的吸附是多层吸附，吸附第一层水主要是由于煤对水分子的氢键作用占主要地位，对其余水分子层的吸附主要是由于分子间力引起的长程力作用的结果．对水分子与煤表面的分子间力进行了估算，结果是分子间力中色散作用力占主要地位．讨论了添加活性剂润湿煤体的作用，认为这是从微观上改变了水分子与煤表面的吸引作用力的结果．研究煤吸附水的微观机理为现场优化提高煤层润湿性措施奠定了理论基础．     

水力化煤层增透技术研究进展及发展趋势

增加煤层透气性是解决低透气性煤层瓦斯抽采难题的关键。煤岩体结构改造是煤层增透的核心问题,水力化煤层增透技术是煤岩体结构改造的有效途径。基于前期研究及文献调研,回顾了水射流和水力压裂技术的发展历程,综述了国内水力化煤层增透技术的研究进展。分析了理论研究和工程应用中存在的问题,指出增透机理尚未客观揭示、单项增透技术存在局限性、配套装备(特别是安全保障系统)不完善、效果考察体系不健全等因素制约了技术的推广。对总体发展趋势进行了展望,认为水力化煤层增透技术正朝着集成化、多元化和智能化的方向发展,加强理论研究、尽快完善装备、发展定向压裂等综合增透新技术、建立增透效果考察体系等方面是未来主要研究方向。