老顶周期断裂及顶板来压预报

本文建立了老顶周期断裂前后的弹性基础梁模型,分析了老顶断裂位置及其在采场前方的矿压显现。研究表明,老顶通常在煤壁前方断裂,断裂时煤体上出现“压缩—反弹—压缩”三个区域,利用相应的显现可成功预报顶板来压。文中讨论了有关因素对断裂位置及显现的影响。     

开采扰动区(EDZ)内层状围岩变尺度损伤及失稳预计实验及综合分析

在地下开采中常遇到层裂影响围岩力学行为,考虑到安全支护载荷及衍生动力灾害的可能性及工程应用,基于现场工程调查和室内多尺度煤岩动力破坏规律实验观察,建立了物理相似模型,完成了基于声发射(AE)的采空区覆岩变尺度损伤与断裂的模拟实验,对开采扰动区工作面周期来压(4个阶段)、围岩破裂与损伤的声发射特征参数(总事件与能率以及隐含的临界敏感性)等多元信息进行了综合比较,获得了老顶来压强度及支护阻力的定量化指标,这为工程现场EDZ内顶板大范围破断、围岩稳定性、破碎岩体失稳垮落等监测与控制提供依据。     

袁店二矿首采工作面顶板运动规律研究

通过对淮北矿业集团袁店二井煤矿首采工作面的矿压观测,分析首采工作面的顶板运动规律,得到老顶周期来压时间和周期来压步距,然后根据来压步距对直接顶和老顶进行分级,为指导采煤工作面顶板管理提供帮助,也为该矿后续工作面的顶板维护提供了一定的借鉴意义。     

工作面来压步距对上山煤柱尺寸的影响分析

上山附近终采线上方老顶岩层的住态影响着煤柱支承压力的大小和上山维护的难易程度。因此。工作面终采线的位置，应尽可能确定在老顶岩层周期来压完成之后。在采区范围内首采工作面的长度控制着老项的初次来压步距和周期来压步距。由于首采工作面老项断裂对相邻工作面老项岩层的损伤，使得相邻工作面老顶来压步距受到初采工作面老顶来压的控制。当采区走向长度确定之后，可以通过改变首采工作面的长度来控制工作面终采线的位置。实现采区上山煤柱尺寸最小化。     

基于声发射特征的覆岩采动裂隙演化规律研究

为研究覆岩采动裂隙演化过程能量释放规律,以构建的实验条件为基础,采用物理相似模拟、理论分析的方法,结合声发射技术,对覆岩采动裂隙演化过程中声发射特征进行了探讨。结果表明,采动裂隙演化过程是一个复杂的能量释放过程,模型开挖初期,覆岩损伤较小,声发射现象不明显,岩层移动变化较小,仅产生离层裂隙;在模型开挖中期,声发射现象越来越显著,即释放能量随来压次数显著升高,此时破断裂隙在纵向及横向不断发展;随着模型继续开挖,周期来压阶段内,声发射次数逐渐稳定,释放能量趋于稳定,此时破断裂隙纵向不再发展,仅随模型开挖在横向方向发展。     

“三软煤层”支承压力下沿空掘巷锚网支护技术

根据三软煤层围岩力学性质,研究了直接顶与老顶的构成和直接顶、老顶初次来压与周期来压步距以及顶板压力的变化规律,提出了加大初撑力及时护顶等控制顶板运动显现的措施以及防止煤壁片帮和支架插底的技术措施并付之实践,取得了三软煤层大采高控制围岩的预期效果。     

谈采煤工作面端头预留煤垛回采技术

薄煤层采煤工作面上端头顶板由于受老顶周期来压和上片煤开采后老顶放顶垮落影响,出现下沉量加大,破碎、离层和上巷压力大、变形严重等现象.在薄煤层采煤工作面上端头采用预留煤垛回采工艺可实现有效控制管理顶板,保障回采安全,促进生产的作用.     

页岩声发射RA值及其分形特征的试验研究

对页岩进行常规三轴压缩条件下的声发射试验,得到其声发射RA值时间序列,并利用MATLAB编程计算其关联维数,得到分形维数与时间的耦合关系,采用分形理论对其进行分析,以研究页岩在常规三轴压缩破坏过程中的微观机制及其分形特征。结果表明:1)页岩在常规三轴压缩破坏过程中的裂纹为张剪复合裂纹,并以剪切裂纹为主,张裂纹主要出现在峰值强度前后,并且随着围压的升高,张裂纹数量明显减少,这说明围压能够抑制张裂纹的产生。2)页岩声发射RA值在时域上具有自相似特征,具有分形特征,其分形维数演化模式为:上升—突降—波动。3)声发射RA值的分形维数在初期上升,表明岩石内部先是微小裂纹无序扩展,并融合贯通成破裂面,此时分形维数突降,表明裂纹沿破裂面有序地扩展,岩石产生宏观裂纹,预示着岩石即将发生破坏,因此可以将分形维数的首次突降作为岩体失稳破坏的前兆。     

盐岩巴西劈裂破坏声发射时序特征

 利用RMT-150B 岩石力学多功能系统和声发射监测系统,对盐岩巴西劈裂破坏过程中的变形与强度特征和声发射特征进行试验研究。试验结果表明：盐岩巴西劈裂破坏在峰值前的变形特征也存在类似单轴抗压试验的压密阶段、弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段;在压密和弹性阶段声发射事件较少,能量较小,进入塑性阶段后,声发射振铃计数迅速增加,能量增大;当荷载超过承载能力后,试件突然劈裂破坏,残余应力迅速消失。试验表明,可通过观察振铃计数、累计计数和能量判定试件破坏的前兆,为工程实践提供借鉴和参考。     

基于声发射时频特征的岩石破裂前兆识别方法

为得到岩石破裂的有效前兆信息,通过时频分析方法研究了白云岩破裂的声发射波形信号。对取样于2008年汶川地震引起的东河口滑坡源区的白云岩样品开展三轴多级循环加载试验,分析其力学及声发射特性,并从声发射波形时频特征分析岩石破裂前兆信息。在声发射波形参数（主频）的基础上提出一个新的特征参数：主主频（即最大主频）,对13个主主频关键点进行傅里叶变换（FT）和三维短时傅里叶变换（3D-STFT）,分析其时频演化特征,以期得到岩石破裂有效的前兆信息。研究结果表明：声发射事件率、累积振铃计数和能量均反映白云岩试样受力破裂过程的动态演化规律;白云岩试样的主频呈带状演化,破裂前兆表现为高频区间向低频、中频区间转移,累积主频曲线的斜率在891s处达到峰值,可作为岩样破裂的前兆信息之一;在6次循环加、卸载中,主主频呈现高频率值与低频率值交替出现的规律,将主主频突降的第11个点（784s）作为预警前兆之一,相比主频预警点（891s）提前了107s。对比分析可知主主频能获取更为细节的岩石破裂前兆信息,从而为岩石破裂预警提供科学依据和理论基础。     

Research on evolution of mining pressure field and fracture field and gas emission features

The relation betweenmining pressure field-fracture field and gas emission of working face is analyzed,and the concept that there is a stress point (or strain point) among permeability of coal is presented.It is believed that the mutation of coal permeability caused by the sudden loading or unloading of working face roof as periodic weighting occurs is the main reason that a lot of gas pour into the working face.Based on the above concept,the relation is established among abutment pressure during periodic weighting,permeability of coal seam and gas emission,and relation graph is drawn.Then the loading and unloading features of coal at the moment of fracture and non-fracture of main roof are revealed.And finally it is presented that the process of sudden loading or unloading as periodic weighting occurs plays an important role in rupture propagation of coal,analytical movement of gas and gas emission.     

综放工作面瓦斯涌出特征实测及分析

结合大阳矿3401综放工作面实际开采条件,通过对支架工作阻力、超前支承压力以及工作面瓦斯浓度等参数进行了实时监测,分析了采场矿压显现及采煤工艺与采场瓦斯涌出之间的关系。结果表明,工作面前方支承压力变化对工作面煤壁瓦斯涌出规律影响较为明显,且采场瓦斯涌出量的峰值通常滞后于周期来压,滞后程度约为1天,采煤生产工序、日产量及推进速度与瓦斯涌出也存在密切的关系。     

声波测井相控线阵辐射器幅度加权的优化设计

对声波测井相控线阵声波辐射器进行了幅度加权的优化设计。分别针对辐射声束主瓣和旁瓣的最小化条件建立了相控线阵幅度加权的优化目标函数,采用拉格朗日乘子算法对目标函数进行非线性规划,并确定了最优幅度加权因子。通过数值计算对比分析了均匀幅度加权和不同幅加权条件下相控线阵声波辐射器的指向性以及辐射声束角宽的差异。结果表明,优化设计可以很好地实现相控线阵辐射旁瓣的最小化和给定旁瓣级条件下声束主瓣角宽的最窄控制,并且可以根据声波测井的不同要求提供相控线阵辐射器幅度加权的优化参数。     

破茬圆盘刀点蚀声发射信号的小波消噪方法的研究

分析了破茬圆盘刀点蚀声发射信号及小波变换的特点,以说明小波变换是适合于点蚀声发射信号处理的一种方法。利用小波的多分辨分析对声学信号中参杂的噪声进行抑制,使声发射数据满足"规则化"的要求;同时为减少声发射点蚀实验对环境的依赖发挥重要作用。实验结果证明小波分析对声发射信号具有良好的去噪效果。     

基于BP神经网络的工作面周期来压预测

针对现有工作面周期来压预测方法在算法结构复杂、计算量较大等问题,探索一种高效、准确、易于使用的工作面周期来压预测方法。以淮南潘集矿区20个已采工作面作为工程研究背景,采用BP神经网络预测原理,在分析工作面周期来压的影响因素基础之上,设计出一种基于BP神经网络的工作面周期来压预测方法,通过MATLAB编程实验表明BP神经网络在工作面周期来压的预测中具有较高的精度。     

声发射地应力测量中凯塞点的确定

准确判断凯塞点是岩石声发射地应力测量中的重点和难点 ,目前还没有一种有效的确定方法。对砂岩声发射试验中声发射信号的重标区间 (R/S)进行了分析 ,发现lg(R/S)与时间间隔对数值具有很好的线性相关性 ,相关系数均大于 0 .97,这表明声发射信号曲线具有分形特征。研究还发现 ,不同载荷阶段声发射信号曲线的赫斯特指数 (H)可反映声发射信号强弱变化的趋势。当H >0 .5时 ,声发射信号趋于加强 ;H <0 .5时 ,声发射信号趋于减弱。根据这一规律 ,通过计算声发射信号曲线的赫斯特指数 (或分形维数 ) ,便可确定声发射试验中的凯塞点。实践证明这是一种确定凯塞点的有效方法。     

ACCC导线碳纤维复合芯损伤声发射信号研究

参照"QJ 2099—1991三向纤维增强复合材料弯曲性能试验方法"标准,针对ACCC导线碳纤维复合芯弯曲应力损伤,对试验件进行三点弯曲试验,并同步对损伤进行声发射检测。通过声发射信号时域分析和频域分析方法,找出在不同应力损伤与声发射信号功率谱频率之间的对应关系。试验结果表明:树脂基体断裂和碳纤维断裂有明显不同特征,声发射采集的功率谱频率相差很大,树脂基体断裂的功率谱频率在150 kHz左右,碳纤维断裂的功率谱频率在250 kHz左右。声发射仪接收到功率谱低频率为主,则碳纤维复合芯的树脂基体有断裂;声发射仪接收到功率谱以高频率为主,则复合芯的碳纤维有断裂。     

中部锁固岩桥脆性断裂特征试验研究

锁固型岩桥的脆性断裂是带裂隙岩体失稳的主要原因,具有较强的突发性和隐蔽性。针对“三段式”、“挡墙式”两种典型的中部锁固岩桥类型,开展端部开裂砂岩试件的单轴压缩试验研究。基于能量散耗理论及声发射(AE)频度-能级指数关系,结合高速工业相机记录信息,探究了岩体受压过程中岩桥脆性断裂机理及其前兆信号特征。研究结果表明：(1)与“三段式”锁固岩桥相比,“挡墙式”锁固岩桥峰值强度和弹性模量降低,但其脆性断裂特征更加明显;(2)“挡墙式”锁固岩桥应变能耗散速率明显高于“三段式”锁固岩桥,其声发射平静期与塑性变形阶段持续时间较短,但AE事件率及声发射能量释放更高,岩桥内部裂纹扩展活动更频繁;(3)“三段式”、“挡墙式”锁固岩桥整体频度-能级的关系分别可表示为 与 ,脆性破坏程度越剧烈,声发射b值(斜率)越小;(4)声发射b值的快速下降可作为岩桥脆性断裂的前兆信号。锁固岩桥的存在形式与赋存位置影响着裂隙岩体的脆性断裂倾向,研究所得可为端部开裂岩体突发脆性失稳提供理论依据及科学预测方法。     

高瓦斯综放工作面采空区瓦斯涌出规律

 针对山西某矿煤层瓦斯赋存特点及高瓦斯综放工作面开采条件,采用数值模拟和现场实测相结合的方法,研究了U+I 型通风采空区瓦斯流场以及瓦斯运移规律,分析了瓦斯涌出与产煤量和周期来压的关系。数值模拟结果表明;U+I 型通风可以有效降低回风巷和上隅角瓦斯体积分数;随着工作面推进,采空区后方形成的瓦斯富集带会不断扩大,回风侧后方瓦斯体积分数升高。现场实测结果表明:进风侧至工作面中部瓦斯体积分数变化幅度较小,靠近回风侧50 m 范围内瓦斯体积分数增加较快;绝对瓦斯涌出量与产煤量成近似线性关系,顶板初次来压后瓦斯涌出呈现周期性变化,经对比研究,数值模拟得到的瓦斯体积分数分布规律与现场实测结果相吻合;在采空区后方回风侧附近采用埋管抽放高浓度瓦斯是可行的,可以大量减少瓦斯涌出。