煤岩破裂过程表面电位云图软件开发及应用

针对克里金插值法中理论变异函数拟合精度不稳定及缺乏专用电位云图软件问题,提出了计算理论变异函数模型参数的自动-人工拟合方法,并利用MATLAB开发了煤岩破裂过程表面电位云图软件。对预制45°裂纹岩样进行了单轴压缩实验,利用该软件绘制了岩样变形破裂过程中的表面电位云图,分析了表面电位分布与试样破裂状态的对应关系。研究表明:自动-人工拟合法计算过程稳定,有效提高了克里金插值法的精度;基于开发的电位云图软件绘制的电位云图能够真实反映煤岩体的表面电位分布及变化;岩样表面电位云图可以反映裂纹的扩展方向及岩样破裂状态;在岩样弹性变形阶段后期,表面电位云图反映了岩样裂纹扩展的前兆信息。     

单轴压缩煤岩变形破裂电磁辐射与应力耦合规律的研究

利用实验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法，研究了单轴压缩条件下煤岩变形破裂过程中产生的电磁辐射(EME)强度与煤岩内部应力之间的耦合规律。在煤岩材料损伤特性和强度统计理论的基础上，研究了受载煤岩变形破裂的三维力．电耦合本构关系，从理论上分析了煤岩变形破裂过程中电磁辐射强度和脉冲数与加载应力之间的关系，认为它们之间的关系可以用多项式来表征。煤岩变形破裂过程中的力-电耦合计算结果表明：EME先是逐渐增加，达到一个峰值后快速降低，这与实验测定结果的趋势是一致的：加载速度越大，EME信号也越强：随着煤岩样品强度的增加，EME也是逐渐增大的，其中强度最高的砂岩产生的EME强度也最大，以下依次是泥岩、硬煤和中硬煤。这些都说明采用的模型和计算方法是合理的，可以有效地模拟煤岩单轴压缩过程电磁辐射信号的变化规律。     

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.     

煤岩破坏电磁辐射信号的短时分形模糊滤波

介绍了短时分形滤波的基础理论,在分析煤岩破坏电磁辐射信号噪声特点基础上,提出了煤岩破坏电磁辐射信号的短时分形模糊滤波模型及分形维确定方法,并应用于型煤和原煤两种煤岩破坏电磁辐射信号的滤波处理.结果表明,短时分形滤波法用于煤岩破坏电磁辐射信号滤波是可行的,实现了煤岩破坏电磁辐射信号的自适应模糊控制滤波.     

煤与瓦斯突出瓦斯压力变化规律实验研究

通过煤与瓦斯突出模拟实验,研究了突出过程中瓦斯压力的变化规律,分析了突出过程中瓦斯对煤体的破坏作用。研究发现:应力和瓦斯压力达到一定梯度才能引起煤与瓦斯突出,突出的发动明显滞后于卸压过程;突出发生时,瓦斯压力的变化有明显的规律性,瓦斯压力变化形态呈现出突然降低、快速升高并波动、达到波动峰值后逐渐降低,瓦斯压力的变化形态与突出发展的演化过程有较好的对应性;压出与突出过程中的瓦斯压力变化形态有显著差异。煤体在应力和瓦斯压力差的作用下发生剪切和拉伸破坏,靠近卸压口处的煤体层裂破坏特征明显。     

新建突出煤矿“先抽后建”模式与实施路径

针对国家提出的加快煤层气地面开发和推广煤矿"先抽后建"理念,分析了新建突出煤矿"先抽后建"的基本特征,构建了"先抽后建"的时间-空间-安全条件模式模型与政策落实-技术研究-工程实施路径图,并对官寨煤矿工程实例进行了研究。研究得出:煤层气地面井抽采是煤矿区域瓦斯治理的创新举措,是推动实现新建突出煤矿"先抽后建"的有效途径;"先抽后建"模式为科学规划煤层气抽采与矿井建设的工程分区,统筹衔接和协调实施煤层气与煤炭开发;实施路径是在煤矿筹建阶段明确落实"先抽后建"政策的总体方案,根据项目可行性研究的成果,研究编制"先抽后建"的技术实施方案,按照地面钻井-瓦斯先抽-矿井后建的步骤进行"先抽后建"的工程实施。现场工程实践显示,官寨井田煤层气开发与矿井建设工程"先抽后建"方案可行,具有典型的代表性和很好的借鉴意义。     

深部工作面采动应力场分布变化规律实测研究

为防止深部较软煤层发生动力灾害,以平煤股份二矿为工程背景,采用应力实时监测系统测试了深部工作面采动应力场,研究了工作面走向和倾向应力分布及变化规律,分析了应力对煤体稳定性及动力现象的影响,并探讨了工作面可能发生的动力灾害。结果表明,工作面上部(靠近采空区)超前采动影响距离、煤帮内应力集中范围、应力集中系数及应力峰值较大,工作面两端应力规律差异较大。应力峰值和应力梯度变化显著影响煤体的稳定性;通过监测工作面应力变化,可对工作面动力现象进行预测预报;工作面可能发生的动力灾害是应力起主导作用的压出灾害。     

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．     

煤岩动力灾害预测的微电流技术及其应用研究

为探索基于微电流技术的煤岩动力灾害预测新方法,利用自主研制的矿用微电流监测仪,在冲击地压煤矿回采工作面开展现场测试,研究得到巷道煤体微电流空间分布规律及回采过程工作面前方煤体微电流时域响应规律,结合现场微震事件确定基于微电流响应的煤体失稳破坏前兆特征,验证微电流法在煤岩体应力观测和动力灾害监测预警中的可行性。结果表明：巷道围岩能够激发出强度为数十微安的微电流,其大小分布与应力分布具有一致性,从巷帮向煤体深处表现出先增加后减小然后趋于稳定的变化规律;微电流对工作面推进过程响应较好,整体呈现阶梯型增加的趋势,在煤层回采期间,微电流呈逐渐增加的趋势,在停采期间,微电流呈现较为稳定的波动状态;微电流能够对矿震事件提前响应,其加速增加可作为矿震/煤体破坏的前兆特征;微电流法具有抗干扰能力强、响应灵敏、灾害预警超前性好等优点,在煤矿等地下工程应用前景广阔,但该技术尚处于试验阶段,仍需通过现场试验进一步验证和完善,以期最终为冲击地压等煤岩动力灾害的精准预测提供技术支持。     

基于功效系数法的煤与瓦斯突出区域预测研究

将功效系数法应用于煤与瓦斯突出区域预测中,选取综合指标D值和K值、煤层瓦斯压力p、瓦斯放散初速度Δp、煤的坚固性系数f、地质构造T作为突出预测的评价指标,运用层次分析法和平均值法求得各评价指标的综合权重,以总功效系数值作为评价标准,确定煤层突出危险等级。选用贵州盘县矿区12组实测样本进行功效系数法预测效果检验,预测结果与实际情况一致,验证了功效系数法用于突出预测的合理性和准确性,为煤与瓦斯突出区域预测提供了一种新思路。