检索结果-南通市图书馆

作者：褚晓萌中国矿业大学

学位级别：硕士

液化石油气(LPG)是一种主要成分为C、C的多元气体混合物,主要应用于居民生活、有色金属冶炼、窑炉焙烧和汽车燃料等领域,但LPG一旦发生泄漏,遇到点火源或高温,极其容易造成火灾或爆炸事故,造成极大的危害。研究LPG的爆炸特性及抑爆方法... 详细信息

液化石油气(LPG)是一种主要成分为C、C的多元气体混合物,主要应用于居民生活、有色金属冶炼、窑炉焙烧和汽车燃料等领域,但LPG一旦发生泄漏,遇到点火源或高温,极其容易造成火灾或爆炸事故,造成极大的危害。研究LPG的爆炸特性及抑爆方法,对于LPG爆炸事故防控尤为重要。因此,本文利用20升球型爆炸测试装置,研究了LPG爆炸特性及不同材料抑制爆炸的效果。具体研究内容及结论如下:(1)研究了LPG在常温常压下的爆炸极限及不同浓度LPG爆炸特征参数变化规律及爆炸火焰的传播特性。结果表明:常温常压下LPG的爆炸极限为(2.25%,9.25%)。随着LPG浓度的增大,爆炸超压峰值P、压力上升速率峰值(d P/dt)呈先增大后减小的趋势,在4%LPG时达到最大值0.714 MPa和33.073MPa/s;达到爆炸超压峰值的时间t和达到压力上升速率峰值时间t均呈先减小后增大的趋势,在4%LPG时达到最小值200.0 ms和127.0 ms。在低浓度LPG时,爆炸火焰明亮,从点火电极中心呈近圆球状扩散至容器内部;在高浓度LPG时,火焰颜色暗淡,从爆炸球顶部开始燃烧并逐渐向下蔓延传播,火焰形态无规则。(2)开展了单一抑制介质惰性气体和惰性粉体抑制LPG-空气混合物爆炸的实验研究。实验结果表明:随着惰性介质的增加,爆炸超压峰值P和压力上升速率峰值(d P/dt)减小,达到爆炸超压峰值的时间t和达到压力上升速率峰值时间t增大,惰性介质的抑爆效果逐步增强。当添加体积分数为37%的CO或40%的N时,LPG爆炸被完全抑制,CO的抑爆效果总是优于N。添加相同质量浓度的惰性粉体时,抑爆效果依次为:Na HCO>Al(OH)>Si O。(3)进一步开展了复配粉体和气/固两相抑制剂对LPG爆炸的实验研究。结果表明:两相抑制剂均能够抑制LPG爆炸,添加量越多,抑爆效果越明显。添加Na HCO的复配粉体具有更好的抑爆效果,三种复配粉体的抑爆效果依次为:Na HCO/Al(OH)>Na HCO/Si O>Al(OH)/Si O,但抑爆效果均小于单一Na HCO粉体,没有良好的协同抑爆作用。两种气/固两相抑制剂的抑爆效果均随着CO体积分数或Na HCO、Al(OH)质量浓度的增加而增强,其中CO/Na HCO具有比CO/Al(OH)更好的协同抑爆作用,且CO的体积分数越大协同抑爆效果越明显。相同质量浓度500 g·m粉体,10%CO/Na HCO时抑爆效果最好,能够完全抑制LPG爆炸。本文研究结果为LPG爆炸特征及LPG抑爆提供了新的认识,对LPG爆炸事故防控具有理论和现实意义。论文有图幅35个,表4个,参考文献110篇。

关键词：液化石油气多元气体爆炸爆炸特性防爆抑爆

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大直径抽采钻孔非凝固膏体封孔技术研究

大直径抽采钻孔非凝固膏体封孔技术研究

作者：周冬中国矿业大学

学位级别：硕士

煤炭能源在未来的几年内仍然会是我国的主要能源消耗主体之一,在国家对能源结构进行调整的过程中比重依然占有60%左右。钻孔瓦斯抽采是煤矿瓦斯采集以及预防瓦斯事故的重要技术手段。钻孔密封质量直接决定瓦斯的抽采效果,一种好的封孔... 详细信息

煤炭能源在未来的几年内仍然会是我国的主要能源消耗主体之一,在国家对能源结构进行调整的过程中比重依然占有60%左右。钻孔瓦斯抽采是煤矿瓦斯采集以及预防瓦斯事故的重要技术手段。钻孔密封质量直接决定瓦斯的抽采效果,一种好的封孔工艺能够保障钻孔瓦斯的长时间高效抽采,因此开展钻孔密封材料、技术及装备等方面的研究有着重要的意义。本文通过理论研究、实验、构造分析模型及现场试验对大直径抽采钻孔非凝固膏体材料密封技术展开研究,取得主要研究成果如下:(1)理论分析了巷道四区的边界分布及相应区域的钻孔密封不严原因,从材料特性和经济、安全等方面对钻孔封堵材料提出相应性能要求。(2)应用Comsol Multiphysics模拟仿真软件,模拟分析了不同注浆压力对各粘度孔隙浆压的影响状况,确定了最优注浆压力;在最优注浆压力的条件下,通过分析不同粘度封孔材料在煤体内孔隙浆压的分布情况,确定了封孔材料的最佳粘度范围。(3)实验研究了非凝固膏体材料特性,通过粘度变化状况与稠化时间确定了材料配比;研究了该配比下材料失水率和渗透特性,确定了新型材料的保水性能和渗透效果。(4)在余吾煤业进行了现场工业试验,开发了多段复合封孔装置及配套的封孔工艺技术,测定了钻孔松动圈范围,对比了新工艺和矿井原始工艺抽采效果,结果表明新工艺抽采浓度稳定在50%以上,延长了钻孔有效抽采期,抽采效果高于原始工艺。非凝固膏体材料密封技术初步解决了大直径抽采钻孔的密封问题,提高了抽采钻孔的有效利用率,可在地质条件相似的矿区中应用推广。

关键词：瓦斯抽采钻孔封堵膏体材料注浆封孔设备

徐工随车有限公司环卫装备扩建区域安全评价研究

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徐工随车有限公司环卫装备扩建区域安全评价研究

作者：薛莲中国矿业大学

学位级别：硕士

近些年来,随着机械行业的高速发展,因为机械导致的安全事故也屡有发生。机械行业发生事故的可能性较一般行业更高,其导致的事故后果也更为严重,因此,如何做到减少机械事故发生的次数,保证人员的安全,成为了人们关注的问题。所以,研究和... 详细信息

近些年来,随着机械行业的高速发展,因为机械导致的安全事故也屡有发生。机械行业发生事故的可能性较一般行业更高,其导致的事故后果也更为严重,因此,如何做到减少机械事故发生的次数,保证人员的安全,成为了人们关注的问题。所以,研究和分析机械行业的作业过程或者工艺流程中的安全隐患,进行合理有效的安全评价具有重要的意义。本文通过对徐工随车有限公司环卫装备扩建区域的危险、有害因素的辨识和分析,确定了项目建设过程中的主要影响因素;划分了评价单元,并重点对总平面布置、建构筑物与消防,生产工艺,公用工程与特种设备,安全管理共四个单元进行了评价,根据评价的结果制定了相应的对策措施,能够及时发现,并提前控制。采用安全检查表、预先危险性分析、风险矩阵、事故树和事故后果模拟分析等五种方法,对扩建区域划分的评价单元进行了危险程度的分析。一是对扩建区域总平布置、建构筑物与消防,生产工艺,公用工程与特种设备,安全管理共四个单元运用了安全检查表法评价;二是对生产工艺、公用工程与特种设备单元运用了预先危险性分析法和风险矩阵法进行了评价;三是对危险性较高的特种设备,运用事故树分析法对起重机进行评价,运用超压爆炸事故后果模拟分析法对储气罐、氧气、乙炔气瓶进行了评价。评价结果表明,徐工随车有限公司环卫装备扩建区域内的各评价单元满足安全生产要求,并用机械工厂危险等级划分的方法确定该扩建区域的整体风险程度为低风险。最后对徐工随车有限公司环卫装备扩建区域的工程设计和投产运行提出了安全生产对策措施与建议,对保障机械企业的安全生产具有较重要的理论意义和实际应用价值。

关键词：安全评价机械企业扩建区域定性定量评价

类岩石水力压裂的电性特征及再加载破坏形态实验研究

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类岩石水力压裂的电性特征及再加载破坏形态实验研究

作者：赵辉中国矿业大学

学位级别：硕士

水力压裂已经广泛用于煤矿坚硬顶板致裂弱化、冲击地压和煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害防治,为煤矿的安全高效生产提供了保障。水力压裂是利用高压水力诱导裂缝在岩体中扩展形成裂缝弱化带,然而水力裂缝监测及压裂效果评价问题一直没有得... 详细信息

水力压裂已经广泛用于煤矿坚硬顶板致裂弱化、冲击地压和煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害防治,为煤矿的安全高效生产提供了保障。水力压裂是利用高压水力诱导裂缝在岩体中扩展形成裂缝弱化带,然而水力裂缝监测及压裂效果评价问题一直没有得到很好解决,可导致压裂盲区,甚至造成压裂诱发煤岩动力灾害。为了对岩石水力压裂过程进行准确地监测与评估,研究岩石水力压裂后受载破坏特征,本文采用自主研发的岩石真三轴水力压裂实验平台和网络并行电法监测仪器,进行了真三轴加载条件下类岩石水力压裂电法监测实验,并进一步开展了类岩石水力压裂后的再加载破坏实验。本研究为采用直流电法进行煤矿井下煤岩体水力裂缝监测及压裂效果评价提供了理论依据,对促进煤岩体水力压裂监测评价技术发展具有重要意义。具体研究成果如下:激励电流均值在不同试样的水力压裂过程中呈现两种典型变化特征,一种是逐渐上升至下降,另一种是上升下降再缓慢上升至下降,电流值的转折点代表试样含水量的变化点;持续注水时裂缝与裂缝网络区域的渗透湿润效应增加了液相导电通道和固液相混合导电通道;停水卸压时,裂缝内液体流失为空气提供存储空间,液、气含量变化使岩石导电能力变化;通过激励电流、区域性视电阻率均值以及水压力变化规律可为水力裂缝起裂扩展提供依据。研究提出了岩石水力压裂视电阻率差值云图监测解释方法,该方法能够得到水力裂缝扩展对岩石视电阻率的改变特征。研究得到了注水压裂时试样内部空间各点的视电阻率呈现以下降为主并伴随波动的现象,这是由于水力裂缝在多方向的扩展引起水量分流,使单一方向裂缝排水量发生变化;增大注水流量能增加各方向裂缝排水量,使原水力裂缝区域降低幅度并增大影响范围,水力裂缝空间形态表征更加明显;停止注水并降低围压,裂缝中水流失形成空腔,导致视电阻率增长。通过视电阻率时空变化特征分析,能够动态表征岩体水力裂缝扩展变化过程与空间分布形态。研究能够基于直流电法监测下的水力裂缝形态,揭示水力压裂对岩体的破裂弱化范围,并且进一步研究了不同形态水力裂缝对试样加载破坏的影响特征。水力压裂实验通过改变最大主应力方向,获得了含横向、竖向和转向型水力裂缝试样;研究发现水力裂缝在试样加载破坏过程的影响主要表现在两方面,其一是水力裂缝尖端在加载时容易率先诱导新裂纹发育,另外是倾斜水力裂缝面为周围岩块滑移变形提供条件;转向型水力裂缝面周围岩石在受载时摩擦力分布不均且容易形成应力集中,并引发张拉破裂或剪切破裂。新裂缝和水力裂缝发育交汇将形成更大断裂滑移面并最终导致试样失稳破坏,新裂缝的发育演变过程与应力-应变特征相吻合。论文有图51幅,表9个,参考文献87篇。

关键词：类岩石水力压裂真三轴直流电法视电阻率再加载破坏

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千秋煤矿冲击地压综合预警技术研究

千秋煤矿冲击地压综合预警技术研究

作者：李学龙中国矿业大学

学位级别：硕士

冲击地压是矿山深部开采面临的主要灾害之一。随着开采深度的增加和开采强度的加大，冲击地压强度和频率不断增大，严重威胁着矿山安全、高效开采。对冲击地压灾害进行综合监测，进一步提高冲击地压灾害预警的准确率，对保障矿山的安全... 详细信息

冲击地压是矿山深部开采面临的主要灾害之一。随着开采深度的增加和开采强度的加大，冲击地压强度和频率不断增大，严重威胁着矿山安全、高效开采。对冲击地压灾害进行综合监测，进一步提高冲击地压灾害预警的准确率，对保障矿山的安全生产具有重要的理论及实践意义。本文结合千秋煤矿地质条件及采掘情况，研究了千秋煤矿冲击地压特征及影响因素;将电磁辐射法（KBD5、KBD7）与微震法（ARAMS-ME、ESG）相结合对千秋煤矿采掘工作面进行了监测和分析，得出了电磁辐射和微震的前兆规律与冲击危险的内在联系;确定了该矿的冲击地压预警指标，建立了基于临界值和动态变化率的预警准则，初步形成了千秋煤矿冲击地压综合监测预警体系并在现场得到了验证应用。本文的研究成果主要有：（1）千秋煤矿目前主要开采的21采区是强冲击危险区，其冲击地压灾害是煤岩物理力学性质、地质构造、采深、煤层厚度和采掘活动几方面因素共同作用的结果。（2）冲击地压事件发生前，便携式电磁辐射（KBD5）时间上存在逐渐增大又减小的趋势，空间上表现为冲击地压发生区域电磁辐射强度值与脉冲值均比正常区域高;在线式电磁辐射信号（KBD7）存在3种类型的趋势：“倒V”型，“连续上升”型，“N”型趋势，所占比例分别为57.14%，28.57%，14.29%;两种微震（ARAMIS-ME、ESG）监测规律基本一致：日总能量和日频次在冲击事件发生前均呈现逐渐减小的趋势，即出现震前“平静期”。（3）研究确定了千秋煤矿冲击地压预警的敏感指标;基于突变理论建立了冲击预警临界值和动态变化率准则;将综合预警定量化，形成了适用于千秋煤矿的冲击地压综合预警体系，并成功地进行了验证应用。

关键词：冲击地压电磁辐射微震综合预警

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组合混凝土单轴压缩过程中声电效应实验研究

组合混凝土单轴压缩过程中声电效应实验研究

作者：杨宁宁中国矿业大学

学位级别：硕士

组合混凝土与煤岩介质具有一定的相似特征—离散性、非均质性,且组合混凝土具有良好的可控性。研究组合混凝土受载变形破坏过程、声电信号规律及其产生机制,对进一步揭示煤岩介质的失稳破坏特征及其声电响应机理,提高声电监测技术预报... 详细信息

组合混凝土与煤岩介质具有一定的相似特征—离散性、非均质性,且组合混凝土具有良好的可控性。研究组合混凝土受载变形破坏过程、声电信号规律及其产生机制,对进一步揭示煤岩介质的失稳破坏特征及其声电响应机理,提高声电监测技术预报煤岩动力灾害的准确性和可靠性具有重要意义。本文建立了组合混凝土单轴压缩变形破坏声电实验系统,制作3种不同强度及内置电极片试样,进行多种不同组合方式的单轴压缩实验,运用I-scan应力分布系统分析了组合混凝土的单轴压缩过程中的破坏特性。测试组合混凝土表面电位、内部电位及声发射信号,并分析其声电响应规律及机制。研究表明:(1)组合混凝土在单轴压缩应力过程中,应力分布不均匀。应力集中区域首先在单元体交界面处出现。各组成单元体变形破坏过程并不同步,当其中强度最弱的单元体开始发生变形破坏,单元体表面出现宏观裂纹时,组合混凝土开始失稳破裂。而组合混凝土局部失稳破裂后,强度较大的单元体变形破坏过程并未进行完整,组合混凝土依然具有一定的承载能力。(2)组合混凝土各单元体表面电位具有明显的阶段分布特征:峰前,单元体表面电位随着载荷的增加而朝着正负两个方向对称性增长;峰后,对称性消失,变化趋于一致。内部电位在峰前及峰值附近同列单元体之间均呈同一方向变化。(3)不同强度单元体的声发射信号强度有差异;随着试样尺寸的增加、组合方式复杂程度的增大,信号曲线变化趋势的离散性增加。(4)组合混凝土在单轴压缩过程中破坏形式主要为张拉及剪切型张拉破坏。自由电荷主要由非平衡应力下的电荷分离、压电效应作用产生。

关键词：组合混凝土声发射表面电位内部电位

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煤与瓦斯突出演化过程声电信号时频特征研究

煤与瓦斯突出演化过程声电信号时频特征研究

作者：夏善奎中国矿业大学

学位级别：硕士

煤与瓦斯突出是煤矿生产中危害巨大的一种动力灾害,会造成惨重的人员伤亡和财产损失。如何有效预警煤与瓦斯突出,已成为遏制煤矿安全生产亟须攻关的难点之一。电磁辐射与声发射技术已广泛应用于煤与瓦斯突出预警,取得了一定的成效,但却... 详细信息

煤与瓦斯突出是煤矿生产中危害巨大的一种动力灾害,会造成惨重的人员伤亡和财产损失。如何有效预警煤与瓦斯突出,已成为遏制煤矿安全生产亟须攻关的难点之一。电磁辐射与声发射技术已广泛应用于煤与瓦斯突出预警,取得了一定的成效,但却缺乏突出演化过程声电信号时频特征以及突出前兆信息方面的研究。鉴于此,本文开展了煤体受载破裂实验,利用特征参数和波形频谱法,分析了实验过程声电信号的时间和频率序列特征,确定了声电信号特征参数;进行了煤巷掘进诱导煤与瓦斯突出声电监测实验,研究了突出演化过程声电信号的时频、波形和功率谱的变化特征,得到了声电信号突出前兆信息;基于理论分析与实验研究,利用声电信号时频特征参数,构建了煤巷掘进工作面煤与瓦斯突出蝴蝶突变预警模型,提出了蝴蝶型突变模糊预警方法。本文取得的研究成果主要有:(1)声电信号的能量值、计数和质心频率对煤体受载破裂实验过程的煤体损伤变形较为敏感,可作为声电监测的特征参数,声电信号的峰值频率对煤体破裂的响应性较差。(2)声电信号能量值和计数对煤巷掘进诱导突出实验过程的煤体变形破裂响应良好,随着掘进进尺的增加均呈现上升趋势。声电信号峰值频率对掘进过程煤体的破裂基本无响应;AE信号质心频率对煤体较大尺度的破裂和突出较为敏感。EMR信号质心频率对掘进过程煤体较小尺度的微破裂敏感,对大尺度破裂不敏感。突出前的AE信号能量值、计数、质心频率以及EMR信号能量值的突增行为可作为煤体突出的前兆信息。(3)煤巷掘进诱导突出实验过程的声电信号的波形及功率谱对煤体破裂较时序、频域敏感,趋势更明显。煤巷掘进诱导突出实验过程的声电有效信号的波形分为强盛期、衰败期和平缓期;声电有效信号的波形幅值随着掘进的推进而增大;AE有效信号的波形波长不断缩短,在突出附近出现“尖脉冲”型骤减;EMR有效信号的波形波长不断增大。(4)煤巷掘进诱导突出实验过程的AE有效信号的功率谱分为上升期和平静期,EMR有效信号的功率谱则较为震荡,二者谱峰均随着掘进的推进而升高。AE有效信号主频带携带的能量在掘进全过程持续升高,其它频带携带的能量只在突出附近阶段升高。EMR有效信号各频带携带的能量均在掘进诱导突出全过程大幅升高。在突出实验过程中,声电有效信号的主频带均始终位于00kHz范围,表明此频带对煤体微破裂敏感。400kHz和254kHz分别作为声电有效信号的敏感频带,对突出附近煤体大尺度破裂较为敏感。(5)结合突变以及模糊数学理论,选取AE强度、EMR强度、AE质心频率、EMR质心频率为控制变量,以煤巷掘进工作面煤与瓦斯突出危险性为状态参量,构建了煤与瓦斯突出蝴蝶型突变模型,建立了煤与瓦斯突出蝴蝶型突变模糊预警方法。研究成果具有一定的理论依据和实验基础,能够揭示煤与瓦斯突出演化过程声电信号的时频特征,充分获取突出前兆信息,精确预警煤与瓦斯突出,减少突出事件的误报及漏报率,具有广泛的应用前景。

关键词：煤与瓦斯突出声电信号时频特征前兆信息预警

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肖家洼煤矿双控体系的建立及应用研究

肖家洼煤矿双控体系的建立及应用研究

作者：张瑞中国矿业大学

学位级别：硕士

煤矿安全问题一直是社会关注的热点,近年来我国煤炭行业安全水平显著提高,煤矿百万吨死亡率已降低至0.1以下。但煤矿重特大事故时有发生,要从根本上改善煤矿安全生产现状、预防煤矿事故发生,依旧任重而道远。构建安全风险分级管控和隐... 详细信息

煤矿安全问题一直是社会关注的热点,近年来我国煤炭行业安全水平显著提高,煤矿百万吨死亡率已降低至0.1以下。但煤矿重特大事故时有发生,要从根本上改善煤矿安全生产现状、预防煤矿事故发生,依旧任重而道远。构建安全风险分级管控和隐患排查双重预防体系可以遏制煤矿事故发生、实现安全生产。本文基于风险评价和隐患排查的基础方法和理论,结合肖家洼煤矿的实际情况,建立了肖家洼煤矿风险分级管控和隐患排查治理体系,利用煤矿现有的安全综合化信息系统进行了现场应用,并对应用效果进行分析。主要成果如下:(1)分析风险和隐患的相关理论结合肖家洼煤矿的实际情况,建立了肖家洼煤矿风险管控组织机构和隐患排查组织机构;利用工作任务分析法和事故致因机理法对整个煤矿进行危险源辨识,根据风险矩阵法对危险源进行评估分级。发现肖家洼煤矿共涉及危险源2876项;1214道作业工序中涉及261项风险点,其中重大风险点11项,较大风险点86项,一般风险点147项,低风险点17项,同时绘制了矿井风险分布图,对不同等级风险实行分级管控;风险分级和分级管控整个过程遵循PDCA循环模式;(2)按照人-机-环-管分类原则,利用现场调研分析的方法和理论分析法建立了肖家洼煤矿从业人员类隐患排查数据库、设备设施类隐患排查数据库、作业场所类隐患排查数据库和安全管理类隐患排查数据库。经排查,肖家洼煤矿存在两项重大事故隐患分别是:无采矿许可证和无安全生产许可证,对隐患实行分级治理,同时做好监督管理工作;整个隐患排查治理过程遵循LOEPC隐患预控管理模式;(3)利用肖家洼煤矿安全综合信息化系统,将双控体系应用到煤矿生产系统并对其应用效果进行分析,发现煤矿双控体系的应用可以实现煤矿企业对作业过程中产生的安全风险和事故隐患的动态管控,减少煤矿事故发生,实现煤矿安全生产。通过建立肖家洼煤矿双控体系,可以有效遏制重特大事故的发生,同时减少一般和低风险等级事故发生的频率来提高安全水平,便于监督管理和储存相关资料,显著提高煤矿安全管理的效率。本文对同类型矿井建立和应用风险分级管控和隐患排查体系具有一定的参考价值。

关键词：风险分级隐患排查双控体系信息系统

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岩体滑坡失稳破坏过程声电效应实验研究

岩体滑坡失稳破坏过程声电效应实验研究

作者：郑向欣中国矿业大学

学位级别：硕士

岩体滑坡以其规模大、机理复杂、危害性、灾难性等特点著称于世,受到很多学者的关注。通过对地质灾害的监测、预报以达到防治减灾的目的已成为共识,岩体含有不同种类及大小的裂隙结构面,岩体破坏失稳是裂隙岩体裂纹扩展贯通的结果,同时... 详细信息

岩体滑坡以其规模大、机理复杂、危害性、灾难性等特点著称于世,受到很多学者的关注。通过对地质灾害的监测、预报以达到防治减灾的目的已成为共识,岩体含有不同种类及大小的裂隙结构面,岩体破坏失稳是裂隙岩体裂纹扩展贯通的结果,同时含水率也是影响岩体破裂的主要因素。基于此,本文研究了不同倾角预制裂纹砂岩和不同含水率泥岩单轴压缩破坏过程中电磁辐射、声发射信号,在裂纹压密、稳定扩展、失稳破坏、宏观断裂等各个阶段的分布特征。并对电磁辐射和声发射变化规律和岩石试样变形破坏特征的关系进行分析。研究不同倾角预制裂纹砂岩和不同含水率泥岩单轴压缩破坏产生的表面电位特征及其云图分布规律;分析裂纹倾角对砂岩和水中浸泡时间对泥岩表面电位的影响;并利用R/S分析原理,对其表面电位信号进行处理。论文得到了如下主要成果:(1)不同角度预制裂纹砂岩和不同浸泡时间泥岩声发射和电磁辐射信号与裂纹扩展过程密切相关,具有明显的阶段分布特征。不同角度预制裂纹的最大破坏载荷不同。在裂纹压密阶段,声发射和电磁辐射主要由原始裂隙和微小裂隙的闭合产生,信号波动增长;在裂纹稳定扩展阶段,声发射和电磁辐射信号变化较小;进入裂纹失稳破坏阶段后,微裂纹不断扩展形成宏观裂纹,信号活跃,在载荷峰值附近信号波动极大;随后载荷下降,声发射和电磁辐射信号也随之下降。因此,岩石失稳破裂过程的声发射与电磁辐射信号变化规律,对预测岩体滑坡具有重要的意义。(2)不同倾角预制裂纹变形破坏过程中声发射与电磁辐射信号变化存在差异,主要与岩石试样的变形破坏特征有关。试样以预制裂纹两端为起裂点形成裂纹。当裂纹倾角为30°时,试样发生剪切破坏;此时,微裂纹壁面的挤压、摩擦、滑移是产生声发射和电磁辐射的主要原因。当预制裂纹倾角为60°时,试样以张拉破坏为主,信号主要由张拉破坏引起的能量释放产生的。当预制裂纹倾角为45°时,试样压裂过程中同时受到剪切破坏和张拉破坏,故45°预制裂纹砂岩试样电磁辐射和发射信号,在裂纹失稳破坏阶段,产生波动时间较早,增长相对较快。(3)分析不同浸泡时间泥岩变形破坏过程声发射与电磁辐射信号,结果表明,随着浸泡时间加长,声发射信号剧烈,持续时间变长。同时,泥岩的单轴抗压强度降低,更容易发生破裂。但随着浸泡时间的变长,电磁辐射信号反而波动较小,波动时间变短。可能是水使泥岩的力学性质弱化,并使泥岩试样构造更加紧密,导致电磁辐射信号产生较少。(4)表面电位信号与载荷呈现出很好的同步性,能够较好的反映试样内部的应力状态、变形破裂过程。预制裂纹对表面电位云图的分布和运移影响明显。电位变化幅度大小和电位通道到裂纹的距离相关,距离裂纹越近,电位变化幅度就越大。因此,通过观测电位变化可以对裂纹发展程度进行预测。(5)水对泥岩的物理力学性质影响极大,它使泥岩的强度和弹性模量降低,塑性加大,最终使受载泥岩产生的电位幅值减小。在水中浸泡时间越长,电位变化幅度就越小。因此通过观测不同通道电位的变化幅度,预测泥岩的含水率变化。(6)利用R/S分析原理,对不同角度预制裂纹砂岩试样以及不同含水率泥岩试样加载破裂过程产生的电位信号进行处理,其Hurst指数均大于0.5,表明电位信号总体上呈现增加的趋势。随着浸泡时间的增加,泥岩破裂过程产生的电位信号Hurst指数在不断减小。当岩体完全破坏时,其Hurst指数有一定程度的降低。因此,可以将电位信号的Hurst指数快速增长至极大值作为岩石即将失稳的前兆,由此可以对岩体滑坡进行监测预警。

关键词：预制裂纹含水率电磁辐射声发射电位

掘进工作面煤与瓦斯突出声电瓦斯预警指标优化研究与应用

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掘进工作面煤与瓦斯突出声电瓦斯预警指标优化研究与应用

作者：张酉年中国矿业大学

学位级别：硕士

随着煤矿进入深部开采作业,煤与瓦斯突出危险日趋严重。声电瓦斯监测技术已经被广泛的应用到了煤矿突出危险监测工作中。但目前掘进巷道中的声电瓦斯监测技术不够完善,存在很多影响声电瓦斯监测准确性的因素,以及各种声电信号的干扰存... 详细信息

随着煤矿进入深部开采作业,煤与瓦斯突出危险日趋严重。声电瓦斯监测技术已经被广泛的应用到了煤矿突出危险监测工作中。但目前掘进巷道中的声电瓦斯监测技术不够完善,存在很多影响声电瓦斯监测准确性的因素,以及各种声电信号的干扰存在和突出预警准确率较低等问题。根据以上问题,本文在实验室构建模拟了井下声电干扰信号系统,研究了声电瓦斯监测技术的数据传输和监测敏感参数及监测空间位置选择等影响监测结果的各项参数。结合金佳煤矿实际情况构建了声电瓦斯实时在线监测系统,优化影响声电监测数据的各种参数指标,并基于各个干扰源声电信号特征规律完成了分源降噪的工作。总结了突出危险前兆信息,建立了声电瓦斯综合预警体系,取得了良好的预警效果。主要研究成果如下:(1)通过实验室模拟井下声电干扰系统,实现了模拟井下数据传输的各个环节,并在此系统下得出声发射探头最佳接收频率1300Hz;电磁辐射信号随监测距离增加而减小的规律,并确定有效值为异常响应敏感指标。(2)构建声电瓦斯实时在线监测系统,优化各种影响声电信号数据的参数,确定了声电信号的敏感指标为有效值,巷道中线处为最佳监测位置;6-12m之间为最佳监测距离。(3)测试了不同干扰源的声电信号特征,确定了主要干扰信号的特征规律为两种:一种为尖端脉冲型,一种为“n”型干扰信号;并基于以上干扰信号特征采用变化率判断与递归最小二乘法相结合的滤噪方法,实现了对声电干扰信号自动识别与滤除。(4)优化了统计时间对预警效果的影响,得出8h为最佳研究突出规律统计时间,24h为与常规指标对比最佳统计时间,确定了声电瓦斯信号与常规预测指标Δh值相关性较大,并达到显著相关。(5)总结了金佳煤矿13次煤岩动力灾害发生时的声电瓦斯前兆特征,构建了基于PCA和案例推理的煤与瓦斯突出动态预警系统,并进行了验证与实地应用,得到了较为良好的预警效果。研究结果对声电瓦斯监测技术参数指标具有规范化作用,对煤与瓦斯突出防治与预警具有理论意义与实践价值。

关键词：煤与瓦斯突出参数优化分源降噪预警