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急倾斜深埋巨厚煤层掘巷冲击地压前兆特征及其灾害防治

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煤炭学报 2024年第1期49卷 337-350页

作者：来兴平贾冲胥海东崔峰刘旭东王昊陆长亮张随林何仕凤西安科技大学能源学院陕西西安710054 西安科技大学教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室陕西西安710054 自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室陕西西安710021 国家能源集团新疆能源有限责任公司新疆乌鲁木齐830002

随着冲击地压矿井逐渐向深开采,其巷道掘进伴随的冲击显现愈发强烈。针对巷道掘进过程中的冲击地压有效防治问题,以新疆乌东煤矿急倾斜煤层矿井为例,运用微震监测对巷道掘进的冲击地压时空前兆特征加以分析。结合巷道掘进的应力与能量... 详细信息

随着冲击地压矿井逐渐向深开采,其巷道掘进伴随的冲击显现愈发强烈。针对巷道掘进过程中的冲击地压有效防治问题,以新疆乌东煤矿急倾斜煤层矿井为例,运用微震监测对巷道掘进的冲击地压时空前兆特征加以分析。结合巷道掘进的应力与能量变化数值模拟分析,揭示巷道掘进的冲击地压发生机理,提出急倾斜巨厚煤层巷道冲击地压防治策略,并完成现场工程实践验证。研究结果表明:急倾斜巨厚煤层巷道掘进的冲击地压发生前第2~5天出现微震总能量极低值,或存在至少4 d的能量潜伏期;冲击地压发生前5 d普遍存在3 d以上的最大能量占比高频波动期。冲击地压发生前存在明显缺震现象,发生位置集中分布在距离掘进工作面较近的微震能量极小值区间范围内,或位于微震能量极值区间附近的微震频次极小值区间范围内,且冲击地压事件位于冲击变形能指数较高区域。急倾斜巨厚煤层水平分段综放开采的坚硬覆岩结构不易破断,使得巷道掘进存在上水平采空区两侧“双翼型”应力集中,掘进工作面前方与巷道底部受顶底板岩层相互挤压的应力集中分布且能量积聚显著,随着巷道掘进深度增加其应力集中与能量积聚进一步增强,容易诱发冲击地压等动力灾害。综合分析形成急倾斜巨厚煤层巷道掘进的工作面爆破卸压、巷道钻孔卸压与补强支护、复杂区域架蓬的冲击地压防治策略。结合冲击地压时空前兆异常为及时加强卸压力度提供时机。通过工作面与巷道卸压使得掘进期间未发生单日累计1×105 J以上微震能量,在对支护优化调整与复杂区域重点防护后,巷道掘进日均微震能量降至2.2 kJ,其1 kJ以上微震事件占比下降且巷道断面整体平整。研究结果为急倾斜巨厚煤层巷道安全掘进提供了科学依据。

关键词：急倾斜巨厚煤层巷道掘进冲击地压前兆特征防治策略

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油页岩单轴压缩声发射演化规律及其破坏前兆特征

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长江科学院院报 2024年第4期41卷 166-173页

作者：郭鹏飞邱洋邓仕伟朱星宇王媛媛绍兴文理学院土木工程学院浙江绍兴312000 绍兴文理学院浙江省岩石力学与地质灾害重点实验室浙江绍兴312000

为研究油页岩受载破坏过程中有效前兆特征,利用TP耦合气体逸出试验系统对油页岩开展单轴压缩声发射试验,采集岩样破坏全过程产生的声发射信号,分析岩样变形破坏声发射随时间变化规律,对岩样加载破坏过程中声发射特征方差与自相关系数进... 详细信息

为研究油页岩受载破坏过程中有效前兆特征,利用TP耦合气体逸出试验系统对油页岩开展单轴压缩声发射试验,采集岩样破坏全过程产生的声发射信号,分析岩样变形破坏声发射随时间变化规律,对岩样加载破坏过程中声发射特征方差与自相关系数进行深入分析。试验结果表明:试验过程中有明显声发射现象产生,声发射特征变化与岩样变形破坏过程有着良好的对应关系;通过分析声发射RA(上升时间/峰值幅度)与AF(平均频率)特征,岩样在试验过程中以张拉破裂为主,后期剪切破裂逐渐增多;声发射特征在临近峰值强度时快速增大,表现出明显的临界慢化现象,方差与自相关系数的突然增大可以作为岩石破坏的前兆特征,且方差的前兆特征信息的捕捉相较于自相关系数更加容易且更为可靠;将声发射b值与声发射特征参数方差结合分析,可以有效剔除试验过程产生的伪信号,方差斜率快速上升阶段出现的b值突降点,可以确定为岩石破坏前兆特征点。研究成果可为岩土工程灾害预警提供可靠依据。

关键词：油页岩单轴压缩变形破坏声发射临界慢化前兆特征

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聚丙烯纤维再生混凝土主破裂前兆特征研究

地下空间与工程学报 2024年第4期20卷 1247-1256页

作者：杨欣唐宇梁宁慧福建理工大学土木工程学院福州350118 福建理工大学地下工程福建省高校重点实验室福州350118 重庆大学土木工程学院重庆400045

为研究聚丙烯纤维再生混凝土的破裂尺度和主破裂前兆特征,设计制作了20组粗骨料替代率为25%和50%的试件,通过开展单轴压缩声发射试验,提取聚丙烯纤维再生混凝土破裂过程声发射能量和主频。以能量为媒介,探讨破裂尺度和声发射信号特征之... 详细信息

为研究聚丙烯纤维再生混凝土的破裂尺度和主破裂前兆特征,设计制作了20组粗骨料替代率为25%和50%的试件,通过开展单轴压缩声发射试验,提取聚丙烯纤维再生混凝土破裂过程声发射能量和主频。以能量为媒介,探讨破裂尺度和声发射信号特征之间的对应关系。采用K-means聚类方法将大尺度破裂和小尺度破裂进行二维聚类分析,然后运用支持向量机得到大尺度破裂和小尺度破裂两类聚类的分界线。分析了聚丙烯纤维再生混凝土破裂过程声发射信号演化规律,发现存在声发射事件率减少,大尺度破裂信号增加,低能量小尺度破裂信号消失等特征。引入前兆响应系数概念,计算结果表明低能量小尺度破裂信号消失特征的前兆响应系数最大,前兆响应时间最早。

关键词：聚丙烯纤维再生混凝土声发射破裂尺度前兆特征 K-means聚类

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不同岩性岩石单轴压缩破坏共性前兆特征

东北大学学报（自然科学版） 2023年第9期44卷 1309-1317页

作者：赵永古旭升王述红高煬东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳110819

煤矿中岩体往往是层状分布,多种岩性共存.单一岩性岩石失稳研究得出的前兆指标难以用于实际工程.探究煤矿中不同岩性岩石的破裂过程与声发射参数之间的关系,建立基于声发射参数的多种岩性岩石稳定性评价机制至关重要.鉴于此,利用声发射... 详细信息

煤矿中岩体往往是层状分布,多种岩性共存.单一岩性岩石失稳研究得出的前兆指标难以用于实际工程.探究煤矿中不同岩性岩石的破裂过程与声发射参数之间的关系,建立基于声发射参数的多种岩性岩石稳定性评价机制至关重要.鉴于此,利用声发射监测系统对取自煤层上方连续三种岩性岩石(细砂岩、砂质泥岩和粉砂岩)开展单轴压缩声发射试验研究.通过对声发射参数的相关性进行研究,选取了能量、b值、主频、视应力以及视体积这5种相关性较低的声发射参数作为岩石破坏前兆指标,建立了适用于三种岩性的稳定性评价体系.研究结果为实际工程中基于微震监测的煤矿灾害预警预测提供基础.

关键词：声发射参数前兆特征高能事件稳定性评价动态b值

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大理岩应变型岩爆红外前兆特征试验研究

岩土工程学报 2023年第3期45卷 609-617页

作者：宋月歆任富强刘冬桥辽宁科技大学土木工程学院辽宁鞍山114000 中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点试验室北京100083

为探究大理岩应变型岩爆的红外前兆特征,通过不同加载方式下单面临空的真三轴岩爆试验,模拟应力集中型和动力触发型岩爆的发生过程,使用红外热像仪监测两类岩爆的红外温度场变化过程,从平均红外温差、方差、升温速率、红外图像及傅里叶... 详细信息

为探究大理岩应变型岩爆的红外前兆特征,通过不同加载方式下单面临空的真三轴岩爆试验,模拟应力集中型和动力触发型岩爆的发生过程,使用红外热像仪监测两类岩爆的红外温度场变化过程,从平均红外温差、方差、升温速率、红外图像及傅里叶频谱图等方面分析了岩爆前兆信息,并探讨了不同类型岩爆前兆特征的差异。结果表明:岩爆发生前平均红外温差、方差及升温速率曲线均出现明显突增,其中平均红外温差突增分别提前应力集中型和动力触发型岩爆10,20 ms,可作为有效岩爆前兆;动力触发型岩爆发生前方差会出现小幅波动且升温速率有明显下降趋势,与温差曲线中岩爆前的一小段降温过程相对应,而应力集中型岩爆方差与升温速率无明显波动特征;岩爆前平均红外温差图像出现高低温异化现象,表现为:应力集中型岩爆前红外图像出现明显的倒“Y”型高温区域,动力触发型岩爆平均红外图像出现高温区域下移现象;此外,两类岩爆傅里叶频谱图中的垂直谱图均出现大量高频低幅的主要分量。

关键词：大理岩应变型岩爆前兆特征红外温差傅里叶频谱图

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砂岩破坏声发射临界慢化前兆特征试验研究

岩土力学 2022年第S1期43卷 164-172页

作者：朱星刘汉香胡桔维范杰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 成都理工大学计算机与网络安全学院四川成都610059 成都理工大学环境与土木工程学院四川成都610059

通过对砂岩岩石试样开展单轴加载压缩下的声发射试验,测试岩石试样在单轴多级加载条件下受力变形全过程的声发射参数,建立时间-荷载-声发射参数关系曲线,分析岩石变形破坏全过程的声发射特征及变化情况,对岩石变形破坏过程声发射特征的... 详细信息

通过对砂岩岩石试样开展单轴加载压缩下的声发射试验,测试岩石试样在单轴多级加载条件下受力变形全过程的声发射参数,建立时间-荷载-声发射参数关系曲线,分析岩石变形破坏全过程的声发射特征及变化情况,对岩石变形破坏过程声发射特征的自相关系数和方差变异性进行深入分析,揭示岩石变形破坏的临界慢化现象,探索岩石临界破坏的声发射前兆表征。研究结果表明:(1)岩石在逐级加载过程中产生明显的声发射现象,声发射振铃计数随着加载级数增加越来越高,在岩石试样破坏时刻达到最高;(2)利用声发射RA(上升时间/峰值幅度)与AF(平均频率)特征分析,岩石试样在整个过程中以张拉破裂为主,加载后期剪切破裂逐步增多;(3)通过声发射振铃计数率、上升时间、峰值频率、RA主要特征时间序列的方差和自相关分析,发现其分析结果均在岩石破坏前存在突变性,即表明出明显的临界慢化现象,可作为岩石破坏灾变的前兆特征;(4)峰值频率和RA的方差变异可作为岩石损伤破坏的关键前兆指标。鉴于此,将临界慢化现象分析用于脆性岩石破坏过程的研究,对深入认识岩石临界破坏状态和灾变前兆具有非常重要的科学价值和实用意义。

关键词：岩石破坏声发射临界慢化现象前兆特征

基于地音监测技术的多类型冲击地压前兆特征研究

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采矿与岩层控制工程学报 2023年第1期5卷 85-93页

作者：陆闯王元杰陈法兵李岩夏永学刘宁中煤科工开采研究院有限公司北京100013 天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

针对煤矿多类型冲击地压地音监测预警问题,基于冲击地压启动理论和现场地音监测数据,分析了不同类型冲击地压的失稳启动机制,得出冲击地压发生前煤岩体应力变化主要分为持续加载型、动静加载型和循环加卸载型3种;结合实验室煤岩体全应力... 详细信息

针对煤矿多类型冲击地压地音监测预警问题,基于冲击地压启动理论和现场地音监测数据,分析了不同类型冲击地压的失稳启动机制,得出冲击地压发生前煤岩体应力变化主要分为持续加载型、动静加载型和循环加卸载型3种;结合实验室煤岩体全应力-应变曲线与声发射监测数据,对煤岩体试件破坏前发生3种类型应力变化的地音前兆特征进行了细化研究,并通过现场实测数据,对3种不同类型冲击地压失稳破坏前地音活动演化规律进行了分析。结果表明:现场冲击地压发生前地音活动演化规律与实验室煤岩体试件破坏前地音前兆特征具有一致性。因此,基于地音监测技术的多类型冲击地压前兆特征研究可以对相应类型冲击地压灾害的防控实现不同程度的指导作用,为煤矿现场防控冲击地压灾害提供一定的理论支撑。

关键词：冲击地压失稳启动机制前兆特征地音监测技术

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煤矿深部开采动力灾害区域应力效应监测与前兆特征研究

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地质力学学报 2023年第3期29卷 355-364页

作者：吴浩源赵延冰杨永夏磊孙源源北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 山东兖州煤业股份有限公司鲍店煤矿山东邹城273500 兖矿能源集团股份有限公司山东邹城273500

动力灾害的孕育及诱发与区域应力场的力学行为密切相关,煤矿开采扰动作用下区域局部应力场不断调整变化。为了研究区域应力场变化特征对动力灾害的前兆响应,采用变分模态分解和希尔伯特变换的方法对鲍店煤矿采集数据进行时频分析,识别... 详细信息

动力灾害的孕育及诱发与区域应力场的力学行为密切相关,煤矿开采扰动作用下区域局部应力场不断调整变化。为了研究区域应力场变化特征对动力灾害的前兆响应,采用变分模态分解和希尔伯特变换的方法对鲍店煤矿采集数据进行时频分析,识别和提取钻孔应变数据中反映动力异常变化的固有模态分量。研究结果表明,钻孔应变观测数据能够有效记录开采扰动相关区域岩体内部的微小变化,解析原始数据滤去干扰信号后获得表征动力异常的特定频段,分解变换后固有模态分量异常波动特征早于动压事件前2~7天出现,表现出形变稳定变化阶段向快速变化阶段“突跳”、形变快速变化阶段“震荡”以及失稳阶段“跌落”的显著特征。依据地震形变三阶段理论,判别动力灾害发生前形变异常开始时刻和“突跳”—“震荡”—“跌落”作为煤矿动力灾害发生的前兆判据。基于钻孔应变仪对区域应力场的精确观测,构建了应用于煤矿动力灾害超前预警的判据方法,可为煤矿相似开采环境下工作面的安全高效回采提供借鉴和参考。

关键词：动力灾害变分模态分解钻孔应变希尔伯特变换前兆特征

油页岩单轴压缩声发射演化规律及其破坏前兆特征研究

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长江科学院院报 2023年

作者：郭鹏飞邱洋邓仕伟朱星宇王媛媛绍兴文理学院土木工程学院浙江省岩石力学与地质灾害重点实验室

为研究油页岩受载破坏破坏过程中有效前兆特征，利用TP耦合气体逸出试验系统对油页岩开展单轴压缩声发射试验，采集岩样破坏全过程产生的声发射信号，分析岩样变形破坏声发射随时间变化规律，对岩样加载破坏过程中声发射特征方差与自相... 详细信息

为研究油页岩受载破坏破坏过程中有效前兆特征，利用TP耦合气体逸出试验系统对油页岩开展单轴压缩声发射试验，采集岩样破坏全过程产生的声发射信号，分析岩样变形破坏声发射随时间变化规律，对岩样加载破坏过程中声发射特征方差与自相关系数进行深入分析，试验结果表明：试验过程中有明显声发射现象产生，声发射特征变化与岩样变形破坏过程有着良好的对应关系；通过分析声发射RA(上升时间/峰值幅度)与AF(振铃/持续时间)特征，岩样在试验过程中以张拉破裂为主，后期剪切破裂逐渐增多；声发射特征在临近峰值强度时快速增大，表现出明显的临界慢化现象，方差与自相关系数的突然增大可以作为岩石破坏的前兆特征，且方差的前兆特征信息的捕捉相较于自相关系数更加容易且更为可靠；将声发射b值与声发射特征参数方差结合分析，可以有效剔除试验过程产生的伪信号，方差斜率快速上升阶段出现的b值突降点，可以确定为岩石破坏前兆特征点。

关键词：单轴压缩变形破坏声发射临界慢化前兆特征