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孤岛综放面冲击地压前兆信息识别及多参数预警研究

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岩土力学 2014年第12期35卷 3523-3530页

作者：王春秋蒋邦友顾士坦谭云亮王荣超黄瑞峰山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地山东青岛266590 山东科技大学矿业与安全工程学院山东青岛266590 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221008

孤岛综放工作面强烈的动压显现使得其发生冲击地压的可能性大大增加,通过运用微地震和电磁辐射综合监测手段分析孤岛综放工作面两次强动压显现事件,获得了工作面煤体发生冲击地压前后能量积聚与释放规律及相应微震和电磁辐射监测数据变... 详细信息

孤岛综放工作面强烈的动压显现使得其发生冲击地压的可能性大大增加,通过运用微地震和电磁辐射综合监测手段分析孤岛综放工作面两次强动压显现事件,获得了工作面煤体发生冲击地压前后能量积聚与释放规律及相应微震和电磁辐射监测数据变化规律,认为工作面煤体发生冲击地压前一般存在一个短暂的能量积聚期,在能量积聚期内微震系统监测到的微震事件的次数和总能量均较少,同时能量积聚期内煤体电磁辐射强度值和脉冲数均持续升高。将工作面微震事件的沉默期以及煤体电磁辐射强度值、脉冲数的持续升高期作为冲击地压的综合前兆信息,并将其转换为量化的预警参数和指标,建立了工作面冲击地压多参数预警方法。现场实践表明,危险识别与灾害预警效果良好。

关键词：冲击地压孤岛工作面动压显现微震监测电磁辐射前兆信息

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煤矿动力灾害前兆信息传感技术发展与应用

煤炭科学技术 2022年第11期50卷 76-83页

作者：郭清华中国煤炭科工集团重庆研究院有限公司重庆400039 瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400037

为了解决煤矿动力灾害前兆信息传感监测技术缺乏,传感设备精度低、稳定性差的问题,研究分析了煤矿动力灾害监测技术的发展趋势,提出以微震、应力、瓦斯体积分数监测技术作为突破点,开展光纤光栅微震、三轴应力、分布式多点激光甲烷等多... 详细信息

为了解决煤矿动力灾害前兆信息传感监测技术缺乏,传感设备精度低、稳定性差的问题,研究分析了煤矿动力灾害监测技术的发展趋势,提出以微震、应力、瓦斯体积分数监测技术作为突破点,开展光纤光栅微震、三轴应力、分布式多点激光甲烷等多参量光学传感技术研究。研制了基于光纤光栅传感原理的光纤光栅三分量加速度传感器、微震监测装置及系统,微震频率范围达到了0.5~300 Hz,平均定位误差约为11 m;研制了基于波分复用技术(WDM)的三轴应力传感器及监测装置,实现了三维空间应力向量测量,测量范围0~30 MPa,测量误差为3%;基于激光吸收光谱原理,利用光纤光路复用技术,结合参考气室自校正技术,研制了多光路同步数据采集的分布式多点激光甲烷监测装置及系统,测量范围0~100%CH_(4),测量误差±3%,标校周期达到120 d。最后,从采动应力扰动诱发动力灾害的本质出发,构建以微震监测、应力动态监测及煤矿环境监测三大系统相融合的煤矿动力灾害前兆信息集成监测技术架构,其中微震监测系统作为区域性监测手段,实时监测微震源位置、能量等宏观数据;应力动态监测系统作为临场性监测手段,以危险性预警为目的,实时判识冲击危险区域和危险程度;再结合煤矿环境监测系统监测的瓦斯涌出动态指标数据对煤与瓦斯突出现象进行准确监测与预警。该系统在山西新景矿进行了集中示范应用。

关键词：动力灾害前兆信息光纤光栅微震三轴应力传感器分布式激光甲烷装置监测

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一种冲击地压多参量前兆信息辨识模型及方法

岩石力学与工程学报 2014年第8期33卷 1513-1519页

作者：贾瑞生孙红梅樊建聪吴春芳邱涛山东科技大学信息科学与工程学院山东青岛266590 山东科技大学矿山灾害预防控制-省部共建国家重点实验室培育基地山东青岛266590

针对冲击地压预警困难这一难题,基于地音监测提出一种新的前兆信息辨识模型及方法。在固定大小的时间窗口内对地音监测信号进行时频域特征提取,得到11个表征冲击地压灾害前兆的多维特征向量,以实际地音监测数据为训练样本,基于SVM理论... 详细信息

针对冲击地压预警困难这一难题,基于地音监测提出一种新的前兆信息辨识模型及方法。在固定大小的时间窗口内对地音监测信号进行时频域特征提取,得到11个表征冲击地压灾害前兆的多维特征向量,以实际地音监测数据为训练样本,基于SVM理论建立冲击地压多参量前兆信息辨识模型;提出一种新的SVM学习方法,用于解决工程实际应用中的大规模不平衡数据集训练问题,提高SVM分类准确率及速度。利用地音实测数据作为学习样本对支持向量机进行训练,建立相应的前兆辨识模型进行辨识,准确率达到93.87%。实验分析表明,这种方法有效可靠,样本辨识速度快,能够满足在线监测要求,具有工程应用前景。

关键词：采矿工程地音监测冲击地压前兆信息灾害辨识支持向量机

基于动态演化特征的锁固段型岩质滑坡前兆信息研究

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岩石力学与工程学报 2017年第3期36卷 521-533页

作者：黄润秋陈国庆唐鹏成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059

大型岩质滑坡是高能量突然释放的突发性地质灾害,常造成重大人员伤亡和经济损失。其中锁固段型岩质滑坡为大型岩质滑坡的主要类型,其发展演化具有较强的隐蔽性和突然性。依据锁固段存在形式和赋存位置,将锁固段型滑坡细分为"三段式"、"... 详细信息

大型岩质滑坡是高能量突然释放的突发性地质灾害,常造成重大人员伤亡和经济损失。其中锁固段型岩质滑坡为大型岩质滑坡的主要类型,其发展演化具有较强的隐蔽性和突然性。依据锁固段存在形式和赋存位置,将锁固段型滑坡细分为"三段式"、"挡墙式"、阻滑块体、线性多级和阶梯状多级型5种类型。通过分析典型锁固段型滑坡的工程地质特性、滑坡阶段性演化规律和突发失稳特征,并基于动态演化特征从滑坡后缘拉裂缝开裂闭合、前缘鼓胀、坡体加剧变形和岩体微破裂声学信号特征等对岩质滑坡失稳前兆信息进行了系统总结。根据不同滑坡不同演化阶段的前兆失稳信息,利用InSAR,LiDAR,GPS,三维激光扫描和岩石微震等先进技术,采用"空–天–地–内"一体化的滑坡失稳预警防治方法。不同演化阶段的滑坡前兆信息的获取,对具有突发灾害的锁固段型岩质滑坡防治具有重要指导意义,可提高灾害预警预报准确率。

关键词：边坡工程岩质滑坡锁固段动态演化特征前兆信息

常规三轴压缩下花岗岩声发射特征及其主破裂前兆信息研究

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岩石力学与工程学报 2015年第4期34卷 694-702页

作者：纪洪广卢翔北京科技大学土木与环境工程学院北京100083

通过岩石力学室内加载试验,对花岗岩在不同围压下的破坏全过程进行声发射试验,得到岩石破裂全过程中的力学参数和声发射低频、高频信号特征,研究低频、高频声发射信号的振铃计数、能量累计数与岩石应力、时间之间的关系,探求声发射信号... 详细信息

通过岩石力学室内加载试验,对花岗岩在不同围压下的破坏全过程进行声发射试验,得到岩石破裂全过程中的力学参数和声发射低频、高频信号特征,研究低频、高频声发射信号的振铃计数、能量累计数与岩石应力、时间之间的关系,探求声发射信号峰值频率在岩石主破裂前期的分布情况。研究结果表明:低频与高频通道接收的声发射信号基本特征——振铃计数、能量累计数在岩石破裂过程中的整体变化趋势基本相同,与岩石力学过程形成良好的对应;两通道的信号基本特征主要区别在于数值大小。在声发射频谱特征方面,岩石破裂的前兆信息在声发射信号峰值频率分布中呈现为峰频主频段增多的特征,表现为信号峰频分布由岩石加载初期的1~2个主频段(40~50和150~170 k Hz频段)在岩石临界主破裂时增多到最多5个主频段(25~30,40~50,60~70,90~100和150~160 k Hz频段)。

关键词：岩石力学声发射频率特征前兆信息

某冲击地压频发工作面微震冲击前兆信息特征及预警方法研究

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岩石力学与工程学报 2020年第12期39卷 2471-2482页

作者：田向辉李振雷宋大钊何学秋焦彪曹安业马衍坤北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 陕西彬长胡家河矿业有限公司陕西咸阳713600 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 安徽理工大学能源与安全学院安徽淮南232001

冲击地压作为一种常见的煤岩动力灾害,其防治与监测预警研究具有重要的工程意义。为进一步提高某工作面冲击地压危险预警能力,对该工作面2018年5月至8月发生的11起冲击地压展开研究。案例分析发现,11次冲击中有10次发生在临空巷,冲击地... 详细信息

冲击地压作为一种常见的煤岩动力灾害,其防治与监测预警研究具有重要的工程意义。为进一步提高某工作面冲击地压危险预警能力,对该工作面2018年5月至8月发生的11起冲击地压展开研究。案例分析发现,11次冲击中有10次发生在临空巷,冲击地压受采空区侧向压力和区段煤柱叠加产生的静载集中应力影响,并在大能量矿震产生的动载扰动作用下发生,微震能量、频次可反映应力集中程度和动载扰动强度,可用于冲击地压监测预警。对历次冲击前后的微震能量、频次及其偏差值的演化特征进行分析,得到冲击地压微震前兆信息时序规律,即冲击前微震能量/频次具有明显的偏离性趋势特征,出现偏差高值,且冲击前7日内微震能量和频次偏差高值总数和至少为2。据此提出了一种基于每日微震最大能量和微震能量/频次偏差高值总数的定量-趋势冲击危险预警新方法,即以每日微震最大能量进行初步预警,再根据7日内微震能量和频次偏差高值总数的最大值对初步预警结果进行调整,确定最终危险等级。运用R评分法对该预警方法和工作面原微震预警方法的预警效能进行对比,新方法和原方法的R值分别为0.673和0.072,表明新预警方法远优于工作面原预警方法。运用该预警方法对新疆自治区某矿进行预警检验,R值达到0.652,同样具有较高的预警能力,进一步验证了新方法的有效性。研究结果可为煤矿冲击地压监测预警提供借鉴。

关键词：采矿工程冲击地压监测预警微震前兆信息定量–趋势

不同粒度弱胶结砂岩声发射信号源与其临界破坏前兆信息判识

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煤炭学报 2020年第12期45卷 4028-4036页

作者：宋朝阳纪洪广张月征谭杰孙利辉北京中煤矿山工程有限公司北京100013 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 煤矿深井建设技术国家工程实验室北京100013 河北工程大学矿业与测绘工程学院河北邯郸056038

研究弱胶结砂岩声发射信号参数特征及参数之间的关联性,可以区分不同粒度弱胶结砂岩破坏过程的声发射信号源,是建立不同粒度弱胶结砂岩临界破坏判据的基础。通过对单轴压缩下不同粒度弱胶结砂岩的破坏全过程进行声发射试验,得到了弱胶... 详细信息

研究弱胶结砂岩声发射信号参数特征及参数之间的关联性,可以区分不同粒度弱胶结砂岩破坏过程的声发射信号源,是建立不同粒度弱胶结砂岩临界破坏判据的基础。通过对单轴压缩下不同粒度弱胶结砂岩的破坏全过程进行声发射试验,得到了弱胶结砂岩破坏全过程中的应力与AE特征参数随时间演化规律,分析了AE振铃计数与绝对能量、幅值和持续时间参数之间的分布特征,获得了不同粒度弱胶结砂岩声发射信号源特征,并基于AE峰值频率的演化特征分析,给出了弱胶结砂岩临界破坏前兆信息识别方法。研究表明,随着弱胶结砂岩粒度的减小,其峰值强度增加,岩样破坏时表现出的脆性破坏更加明显,AE振铃计数的峰值呈现数量级增加,能量集聚效应更加明显,岩样的自蓄能能力更强,且产生更高的AE幅值及更长的AE持续时间。弱胶结细粒砂岩在线弹性阶段初期最先出现更低频段(10~20 kHz);弱胶结粗粒砂岩在塑性变形阶段AE峰频出现更高频(275~285 kHz),且AE峰频由2个主频段演化为5个;弱胶结中粒砂岩在达到应力峰值前,两个主频段(40~50,145~155 kHz)累积计数最大;AE峰频的更高频、更低频及主频累积计数值等变化特征可以作为鉴别不同粒度弱胶结砂岩单轴压缩破坏过程中声发射信号源的判识依据。岩样进入塑性变形阶段时,AE峰值频率表现为由初期的2个主频演化为4个或5个频段,频段增加特征亦可作为不同粒度弱胶结砂岩破坏前兆信息判识的依据。

关键词：弱胶结砂岩声发射峰值频率前兆信息变形破坏

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含瓦斯煤体加载破坏声-电前兆信息试验研究

煤炭学报 2015年第3期40卷 548-554页

作者：罗浩潘一山赵扬锋肖晓春李忠华辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000

针对含瓦斯煤体加载破坏前兆信息难以识别、提取的研究现状,自行研制了含瓦斯煤体加载声-电监测装置,对含瓦斯煤体加载全过程进行实时监测以获取声-电前兆信息。试验结果表明:声-电监测系统能够捕捉到含瓦斯煤体产生的电荷与声发射信号... 详细信息

针对含瓦斯煤体加载破坏前兆信息难以识别、提取的研究现状,自行研制了含瓦斯煤体加载声-电监测装置,对含瓦斯煤体加载全过程进行实时监测以获取声-电前兆信息。试验结果表明:声-电监测系统能够捕捉到含瓦斯煤体产生的电荷与声发射信号,加载过程中部分电荷信号先于声发射信号变化,声-电信号的产生与煤体内部裂纹扩展相关;煤体内部自由电荷与声发射信号的产生具有本质上的区别,前者是在压电效应、摩擦作用、微破裂新生表面电荷分离以及瓦斯运移携带电荷等综合叠加作用下产生,而后者是煤体内部裂纹扩展以脉冲波形式释放应变能的过程;通过划分含瓦斯煤体加载破坏声-电前兆信息异常区域,确定了声-电监测技术应用于矿山动力灾害预警的可行性。

关键词：含瓦斯煤体电荷声发射前兆信息裂纹扩展

采动覆岩高位离层演化特征及涌( 突) 水前兆信息研究

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煤炭科学技术 2021年第2期49卷 194-205页

作者：乔伟赵世隆李连刚甘圣丰江传文刘梦楠张磊段玉路中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221116 矿山水害防治技术基础研究国家级专业中心实验室江苏徐州221116 陕西金源招贤矿业有限公司陕西宝鸡721599 安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司安徽合肥230088

采用理论分析、物理模拟和数值模拟相结合的方法,重点研究了招贤煤矿工作面的高位离层的时空演化,并将开采期间水位变化、微震监测数据作为高位离层涌(突)水前兆信息,揭示了特厚煤层综放开采覆岩主控裂隙(纵向主导水裂隙和横向离层裂隙... 详细信息

采用理论分析、物理模拟和数值模拟相结合的方法,重点研究了招贤煤矿工作面的高位离层的时空演化,并将开采期间水位变化、微震监测数据作为高位离层涌(突)水前兆信息,揭示了特厚煤层综放开采覆岩主控裂隙(纵向主导水裂隙和横向离层裂隙)演化特征及离层水害机理。以永陇矿区招贤煤矿为研究对象,黄陇侏罗系煤田永陇矿区煤层覆岩具有弱胶结、泥质含量高和单层厚度大等特点,侏罗系覆岩之上为巨厚高水压白垩系含水层,厚及特厚煤层开采时易在侏罗-白垩系交界上下形成高位离层积水;当导水裂隙与高位离层积水沟通时,形成离层水害。离层水害具有瞬时性、大流量并伴随强烈矿山压力显现等特点。研究结果表明:当工作面达到充分开采时,采空区两帮离层裂隙较为发育,中部处于压实区,最大横向高位离层位于梯形破坏区顶部;工作面上覆亚关键层的周期性破断造成工作面周期性来压、高位离层空间周期性扩张、闭合,导致宜君组水位周期性异常下降;工作面经长时间停采,恢复开采后,重复扰动覆岩诱发覆岩岩体结构失稳,导水裂缝带沟通离层空间,造成离层涌(突)水;水位突降、水位下降速率突增、微震大能量事件可作为1304工作面突水前兆信息;关键层的破断会引起微震能量事件,伴随关键层的快速回转、下沉扩大离层空间,造成宜君组水位异常下降;工作面多次复采造成覆岩自稳能力逐渐劣化严重,加快离层涌(突)水通道形成,离层涌(突)水通道逐步增大;随着出水次数增加,水位提前下降时间减少,微震能量事件能量降低,涌水量增大;采动过程中离层涌(突)水的前兆信息-白垩系含水层的水位变化以及矿井微震监测数据验证了模拟结果是可信的。

关键词：综放开采离层水害前兆信息水害预测