煤岩受载变形破坏声电信号时域特征的实验

受载煤岩变形破坏会产生声发射和电磁辐射信号,利用声电信号前兆在时间上和空间上的变化特征可以预警由大范围煤岩失稳引起的煤岩动力灾害。如何将声电信号的时域特征与煤岩变形破坏过程联系起来,关系到煤岩动力灾害声电预警的效果。利用煤岩单轴压缩变形破坏声电效应实验系统,测试了单轴压缩条件下煤岩试样变形破坏过程的电磁辐射和声发射信号,统计并分析了不同加载阶段电磁辐射和声发射信号的能量、脉冲等参数的变化特征。研究结果表明,受载煤岩声发射和电磁辐射的脉冲数和能量值均具有良好的时域特征;煤样的声电信号随着加载时间的进行而增大,在破坏阶段达到最大值;岩样的声发射信号在破坏阶段达到峰值而电磁辐射信号在弹塑性阶段达到峰值。     

煤岩变形破坏电磁辐射规律及其应用研究

大量的理论研究和实验室研究成果证实,煤岩受载荷发生变形破坏的过程中,会以宽频带电磁波的形式向外界辐射电磁能。根据这种现象,研究煤岩受载电磁辐射的变化规律,特别是发生变形破坏前的电磁辐射特征和规律,对于预测预报煤岩动力灾害具有十分重要的意义。采用刚性材料实验机和声电测试装置,对煤岩变形破坏时所产生的声发射及电磁辐射信号进行了测定,试验和测试结果表明,试样发生变形破坏之前,电磁辐射强度呈小幅度上升波动,变形破坏前兆会产生突变;而声发射信号计数率的变化也表现出相似特性。依此规律,可以利用电磁辐射规律进行冲击地压预测预报和防治效果检验。     

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。     

煤岩损伤破坏ULF电磁感应实验研究

利用建立的煤岩声-电信号测试系统,对强度较低的煤岩试样进行了单轴压缩、剪切加载破坏实验,测试研究了ULF（1 kHz）、VLF（5 kHz）、LF（300 kHz）等频段电磁辐射及42.3 kHz声发射（AE）信号规律,并初步探讨了煤岩变形破坏ULF电磁信号的产生机理。结果表明：煤岩材料在单轴压缩和剪切变形破裂过程中能够产生ULF频段的电磁信号;与LF及VLF电磁信号相比,ULF信号与应力的相关性更好;同时,ULF信号与应力及AE相比存在一定程度的超前性,一般超前应力及AE信号5~10 s。实验室测得的煤岩变形破裂产生的ULF电磁信号,主要是由电荷运动产生的感应场变化引起的,煤岩材料中含有的少量金属矿物成分导致的压磁效应也是其来源之一。煤岩ULF电磁信号的研究不仅扩展了煤岩电磁辐射技术的研究范围,而且由于其在传播距离和抗干扰能力方面的优势,有望对远距离和较大尺度范围的煤岩动力灾害监测技术实现突破。     

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.     

单轴压缩煤岩变形破裂电磁辐射围压效应研究

首先利用损伤力学和统计强度理论研究了煤岩变形破裂过程中三维力学本构关系,得到了一个考虑围压影响的三维本构方程;然后分析了煤岩样品在不同围压条件下变形破裂过程应力随应变而变化的规律,以及由此产生的相应的电磁辐射脉冲教随着应变的变化关系.研究结果表明:围压是通过对煤岩应力场的影响来影响因应力变化而产生的电磁辐射信号的;围压的存在提高了煤岩微元体的破裂强度;对于有围压作用时煤岩体变形破裂过程中产生的电磁辐射脉冲数,其在应变相同时较无围压时要少,并且围压越高影响越大.     

煤单轴破坏同步声电场响应规律试验研究

为研究煤岩破坏产生的声电信号时域特征及与应力间关系,进行了多种煤样的单轴压缩试验,采集了煤样受载破裂全程的声电信号,统计分析了2种信号的振铃计数和能量参数,研究了电磁辐射信号幅度与应力降之间的关系。结果表明:煤体受载破坏过程中会伴随明显的声发射和电磁辐射信号,电磁辐射相对较少较弱,声电信号的幅度、计数、能量在时域上有很好的一致性;煤岩加载破坏产生的电磁辐射与应力骤降现象有更好的对应性,电磁辐射信号幅度与应力降间呈显著的线性相关关系,更明显的应力下降现象对应产生更强的电磁辐射信号幅度。     

基于ANN的煤岩破坏电磁辐射预测研究

以自适应神经网络的基本原理和实现步骤为基础,研究了煤岩变形破裂过程电磁辐射自适应神经网络预测的原理及特点,将电磁辐射自适应神经网络模型应用于煤岩变形破裂过程声发射和电磁辐射序列的预测。研究结果表明,采用神经网络可以有效预测电磁辐射和声发射信号,为判定煤岩变形破裂状态提供依据。     

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。     

电磁辐射预测预报冲击矿压

冲击矿压的发生主要是能量积聚,然后突然释放的结果。在冲击发生过程中,有应力的集中、煤岩体的变形破坏。而煤岩体变形破坏过程中,会产生电磁辐射现象。因此,可采用电磁辐射法来预报冲击矿压。研究表明,煤岩体中应力值不同、煤岩体破坏程度的不同,电磁辐射也不会相同。电磁辐射现象与煤岩应力、变形破坏以及冲击矿压存在电磁耦合规律。以电磁耦合规律为基础,通过观测煤岩体的电磁辐射参数,如幅值、脉冲数等,从而可以确定冲击矿压的危险状态,达到预报冲击矿压的效果。     

采动过程中煤岩电磁辐射影响因素研究

电磁辐射法是一种能够有效预测预报煤岩动力灾害的地球物理方法,利用KBD7电磁辐射监测仪对红菱矿1200,1204工作面回风巷煤岩采动过程进行了连续监测,探讨了采动过程中煤岩电磁辐射机理,并分析了电磁辐射信号与采掘工艺、地质构造及防突措施等影响因素的关系。     

煤岩流变电磁辐射耦合理论研究

煤岩是一种流变介质,大量的实验研究表明煤岩受载能够产生电磁辐射。在煤岩流变及煤岩受载与电磁辐射对应规律的研究基础上,提出了煤岩流变电磁辐射耦合理论,并给出煤岩流变电磁辐射耦合方程,最后提出了流变参数选取方法及煤岩流变电磁辐射耦合方程的计算方法。为使用电磁辐射法预测煤与瓦斯延迟突出提供了理论基础。     

电磁辐射实时监测煤与瓦斯突出在煤矿的应用

煤岩动力灾害过程中会产生电磁辐射,利用电磁辐射监测煤与瓦斯突出是一种新兴的技术方法.用KBD7煤岩动力灾害电磁辐射监测仪在淮南矿区对煤与瓦斯突出进行了实时监测,实现了对煤与瓦斯突出的实时监测预报.     

煤岩冲击变形破坏特性及其本构模型

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)实验系统对不同冲击速度下煤岩试样应变率变化规律、动态力学特性及其变形破坏特征进行了测试,探讨了煤岩动态力学本构模型。实验结果表明,煤岩试样的加载应变率与冲击速度整体上呈正相关关系,且不同冲击速度下煤岩试样的力学响应特征均具有分段性,可根据响应特征的差异将煤(岩)试样在低-中-高冲击速度下的变形依次划分为压密变形、塑性变形、塑性软化(硬化)变形3种类型;煤岩试样的破坏特征均具有明显的应变率相关性,在低冲击速度下,试样均呈脆性破坏形式,随着冲击速度的增加,试样的延性破坏特征逐渐显现。在分析煤岩试样应力-应变本构关系及动态破坏特征的基础上建立了包含低-中-高应变率响应的粘弹性损伤本构模型,应用结果表明,与实测曲线相比模型拟合曲线拟合精度高,验证了所建模型的有效性与合理性。     

煤层电性参数测试及其与煤岩特性关系的研究

试验利用实验室测试、现场实测手段，进行了大量参数测试，并对煤岩层电性参数进行了研究，研究了煤的变质程度、煤岩组分、湿度、温度、频率、瓦斯压力等对电性参数的影响及各向异性问题，并指出与电磁法勘探最密切的电性参数是煤岩层电阻率、相对介电常数和煤层对电磁波吸收系数。     

煤岩受载损伤演化电位特征实验研究

通过分析煤岩破坏过程电位响应特征,并根据电位与变形破坏之间的关系,建立了煤岩损伤破坏与电位信号的耦合关系。研究表明：煤岩在受载破坏过程中电位信号与破裂损伤有较好对应关系。在受载前期,煤岩损伤变形较少,微破裂发育较为缓慢,产生的电位信号较少,较为稳定。受载后期,煤岩损伤破坏不断加剧,电位信号不断增加。当载荷突变时,煤岩破坏显著,电位信号出现相应的突变。试样破裂越强烈,电位突变越显著。基于统计损伤理论,建立了煤岩损伤破坏与电位信号的耦合关系,推导出不同损伤阶段基于电位累积量的“应力-应变”的理论曲线,并对计算应力与实测应力进行相关性分析,得到平均相关系数为0.623 7,呈显著相关,与实测值具有很好的对应性,且理论值具有前兆规律。电位响应特征的变化能够反映煤岩损伤的演化过程,为煤岩失稳破坏提供一种探测方法。     

煤岩胀裂破坏过程微震特性试验

运用建立的煤岩胀裂破坏微震观测试验系统,研究了煤岩试样在胀裂破坏过程中微震信号的特性规律。研究结果表明:煤样胀裂破坏过程中,微震信号的变化与载荷能够进行良好对应,基本呈正相关;煤样胀裂破坏过程中的微震信号是不连续的,阵发性的,但总体上呈群震型;岩样胀裂破坏过程微震阵发性明显,信号零星稀少,总体上呈前震-主震-后震型或主震-后震型;微震信号的变化规律体现了煤岩内部裂隙的发展发育过程,反映了煤岩的受载状态,可以利用微震信号的变化规律预测预报煤岩动力灾害的发生。     

基于钻孔电磁辐射法的爆破卸压效果检验方法

分析了煤岩体电磁辐射信号与受载应力的关系,研究了工作面前方煤岩体电磁辐射分布规律,由此提出了爆破卸压效果检验的钻孔电磁辐射法;并通过河南神火集团梁北矿11061工作面薄煤区爆破卸压效果进行了现场验证。研究表明：工作面电磁辐射强度、脉冲与围岩应力状态具有良好的相关性;电磁辐射信号能有效地反映工作面前方煤体应力分布及转移情况;钻孔电磁辐射法能够检验爆破卸压效果,为爆破卸压效果检验提供了一种新的方法。