煤岩应力监测系统井下监控分站的设计

介绍了煤岩应力监测系统中井下监控分站的设计方案.井下监控分站负责煤岩应力的采集、处理和传输.根据受载煤岩变形产生电磁辐射理论,煤岩中应力越高,变形破裂过程越强烈,电磁辐射信号越强.监控分站以LPC2103为控制核心,通过定向天线接收煤岩变形产生的电磁辐射信号,经过调理和放大,再由A/D转换器MAX1275进行高精度模数转换,然后送LPC2103处理,并通过CAN总线传输到井上监控主机和监控服务器.     

煤岩冲击矿压过程电磁辐射传播规律的研究

从电磁辐射MAXWELL方程出发,对煤岩冲击矿压过程中产生的电磁辐射在煤岩中的传播规律进行了分析与研究,提出对破裂过程电磁辐射在煤岩中的传播进行数值模拟时可将电磁辐射产生源理想化为水平电偶极子和水平磁偶极子的叠加;并得出了电磁辐射源产生的场在煤岩中空间分布的解析计算式,为冲击矿压等动力灾害预测的电磁辐射监测仪的研制和定向定位监测提供了理论和计算依据。     

煤岩变形及破裂电磁辐射信号的分形规律

对煤岩变形及破裂过程中得到的电磁辐射信号进行进一步的研究分析表明,电磁辐射信号符合很好的统计分形规律,在受载煤岩的变形及破裂过程中,电磁辐射信号基本现逐渐增强趋势,这对于预测预报煤岩灾害动力现象具有重要的意义。     

电磁辐射技术在煤岩动力灾害监测预警中的应用

为了有效准确预测煤岩动力灾害,基于煤岩电磁辐射产生机理、特征和规律的深入研究,提出了煤岩动力灾害电磁辐射监测及预警方法,研制了KBD5型和KBD7型电磁辐射监测仪,并将电磁辐射技术广泛应用于煤岩动力灾害监测及预报,包括煤与瓦斯突出和冲击地压灾害的预测、采空区顶板稳定性监测、围岩应力分布及矿压观测、卸压带宽度确定等.     

由煤岩变形冲击破坏所产生的电磁辐射

对岩石破裂所产生的电磁辐射现象的观测和研究 ,对于研究地震规律和矿山冲击矿压及其预报具有重要的意义。在实验室和现场条件下 ,采用 EAE- 0 4声电测试系统和KBD5电磁辐射监测仪对煤岩变形破裂过程中的电磁辐射进行了测定。试验和测试结果表明 ,煤岩体在变形、破坏过程中均产生电磁辐射现象 ;煤岩在冲击破坏前 ,电磁辐射强度一般在某个值以下 ,而在冲击破坏时 ,电磁辐射强度突然增加 ;而电磁辐射的脉冲数则随载荷的增加及变形破裂过程的发展而增大。依此规律 ,可以对冲击矿压危险性进行评价和预测预报。     

改进小波变换的煤岩电磁辐射信号去噪方法

针对煤矿井下干扰源会对煤岩受载破坏产生的电磁场监测造成较大影响,采用小波阈值函数进行信号前期预处理,采用粒子群优化算法进行优化,对加噪的信号进行去噪仿真,去噪效果对比硬、软阈值函数得到提高.对某矿工作面采集的电磁辐射信号利用改进小波算法进行去噪研究.研究结果表明:采用粒子群优化小波算法进行降噪重构,能够较好地去除信号中的尖峰噪声,并保留原始信号特征,信噪比得到显著提高.     

综掘生产工艺对煤岩体电磁辐射强度的影响

为了应用电磁辐射法预测煤岩动力灾害,分辨出外界因素对于煤岩电磁辐射值的强度变化的影响,使用KBD7电磁辐射检测仪对沈阳煤业集团红菱煤矿西区综掘工作面进行了7个月的实时监测。对照信号异常期的生产活动时间段,分析综掘生产过程中的人为活动对于煤岩电磁辐射值的干扰情况。结果表明:综掘机的启动所引发的电力负荷对于电磁辐射信号影响较大;在全岩巷道的炮掘阶段,每次放炮后的电磁辐射值变化要高于放炮时的变化。     

岩体电荷检测仪的研制

为了减少煤岩动力灾害引起的井下人员伤亡和财产损失,研制了电荷检测仪对岩体震动进行检测.其特点是低功耗且便于携带.本文介绍了该电荷检测仪整个的系统构成,从电荷放大电路到数据采集器,阐述了硬件和软件的设计思路和方法,采用了MSP430F449单片机进行数据采集.岩石单轴压缩试验结果表明随着岩石变形破裂,会有电荷信号产生,并且在岩石应力达到峰值时电荷信号最强.此装置对防治煤岩动力灾害起者重要的作用,并为未来的预测工作提供更加丰富准确的数据.     

煤与瓦斯突出电磁辐射多重分形特征研究

利用煤岩变形破裂电磁辐射可以用来预测、预报煤与瓦斯突出、冲击矿压等煤岩动力灾害。利用固定质量法对煤岩电磁辐射多重分形维数进行了计算,电磁辐射强度序列具有多重分形的特征。电磁辐射多重分形 D_(q-q)曲线的陡峭程度反映了其数据的波动程度,并用△D_q指标来表达这种波动规律。通过对现场测试的煤岩电磁辐射序列的分析,其多重分形维数指标与煤与瓦斯突出灾害危险程度有较好的一致性,为电磁辐射预测预报煤与瓦斯突出提供了一种分析手段。     

煤岩破坏电磁辐射记忆效应特性及产生机制

通过实验研究了不同加载方式下的煤岩破坏电磁辐射记忆效应特性;借助细观损伤力学和电磁动力学等理论,对煤岩内部结构损伤扩展及电磁辐射产生机制进行了分析。结果表明,煤岩破坏电磁辐射具有记忆效应特性,但记忆最大历史应力、纵向应变的能力明显优于记忆横向应变和体应变的能力,受载煤岩损伤破坏过程的不可逆性是煤岩破坏电磁辐射产生记忆效应的直接原因。     

煤岩破坏电磁辐射记忆效应特性及产生机制

实验研究了不同加载方式下的煤岩破坏电磁辐射记忆效应特性:借助细观损伤力学和电磁动力学等理论,对煤岩内部结构损伤扩展及电磁辐射产生机制进行了分析。结果表明,煤岩破坏电磁辐射具有记忆效应特性,但记忆最大历史应力、纵向应变的能力明显优于记忆横向应变和体应变的能力,受载煤岩损伤破坏过程的不可逆性是煤岩破坏电磁辐射产生记忆效应的直接原因。     

煤系岩石脆性破坏临界电磁辐射信息分析

根据煤系岩石加载破坏过程中的电磁辐射信息与其受载变形破坏过程的相关关系,分析了煤系岩石脆性破裂前的电磁辐射信号突增现象.通过试验数据和用岩石破坏重整化群理论系统研究岩石破裂前临界点的电磁辐射信息识别条件.单轴荷载条件下,临界点对应的应力和岩石峰值应力比值在其临界比大都在70%与80%之间,均值75%左右,误差在±9%以内,表明岩石内部微裂纹的形成与原有裂纹的扩展是电磁辐射活动的主要原因.上述研究可为煤岩动力灾害防治提供有力的依据.     

煤岩电磁辐射特性及其应用研究进展

综述了煤岩电磁辐射特性及其应用的研究现状，包括煤岩的力电效应、频谱特征、电磁辐射的影响因素、电磁辐射的产生机理等研究，以及电磁辐射在预测煤与瓦斯突出、冲击地压及评定煤岩体应力状态方面的应用现状，并对电磁辐射的研究及应用前景进行了展望.     

电磁辐射信号的小波变换去噪研究

重点分析了实验室实验过程噪声的来源和特征,并利用小波变换的多尺度分析和非线性软门限方法对噪声进行了滤除。结果表明,实验室的噪声主要有固定频带的干扰和随机白噪声两种;对固定频带的噪声可以通过小波变换的多尺度分析进行有效滤除,对白噪声可以通过非线性软门限方法进行有效滤除,得到真正有用的信号。噪声滤除对于分析煤岩电磁辐射信号规律具有重要的意义,可以为现场利用电磁辐射监测技术预测煤岩动力灾害现象提供更加准确可靠的信号。     

煤岩灾害动力现象危险性预测中的定向定位研究

为了更好地应用非接触电磁辐射方法预测预报煤岩灾害动力现象的危险性，借助于力电耦合方程计算出在天线的各个朝向电磁辐射信号的变化规律及对某一个固定监测点结果的比较，就可以确定出某一个监测点电磁辐射信号的最佳监测方向以及应力变化最大（即危险性最大）的方向；在巷道掘进过程中进行巷道迎头电磁辐射动态监测时，天线测定的位置应该放置在巷道高度方向的中部，并对着煤层层理方向，通过不断改变天线朝向来监测巷道迎头和两帮煤岩层的突出危险性；可以通过应力场数值模拟得出的应力集中区来确定有效预测距离的范围。现场电磁辐射信号测定结果     

岩土单轴压缩过程的电磁辐射特性实验研究

采用重庆黄泥包滑坡处采集的岩土试样,在TYE-300微机控制水泥压力实验机上进行单轴压缩实验,测试了岩土破坏过程的电磁辐射与声发射信号,得出了岩土单轴压缩过程电磁辐射的基本特征：岩土受压会产生电磁辐射信号,电磁辐射信号随着压力的增加呈现连续增加的趋势,在主破裂时刻有较强电磁辐射信号产生：岩土的强度越大,电磁辐射强度值越大;加载速率越大,电磁辐射强度值越大。研究成果对于地质滑坡等灾害预报有着较大的理论意义和应用前景。     

煤体单轴压缩过程电磁辐射时-频特征

为提高电磁辐射监测方法的准确性,采用单轴压缩实验方法,分析煤体受载破坏过程电磁辐射时域、频域及波形变化特征,并对其变化机理进行探究.研究结果表明:煤体单轴压缩过程中电磁辐射脉冲数、能量值、波形主频及幅值均与所受应力近似呈正相关关系,煤体受载破裂过程中,电磁辐射的主频与幅值不断增大,并在煤体失稳时达到最大,电磁辐射脉冲数、能量值、主频或幅值的急剧增加可以作为煤体失稳的前兆特征;煤体电磁辐射的频带为1 Hz~500 k Hz,煤体失稳破裂时主频达到最大值202 k Hz,随着加载的进行,频带内各频率幅值分布逐渐集中于主频附近;煤体破裂过程电磁辐射特征变化与外部载荷输入的机械能有关.     

煤岩体破坏过程中电磁辐射与能量耗散耦合分析

为了完善电磁辐射方法预测预报煤岩体动力灾害理论,利用物理实验、理论分析的方法研究受载煤岩体变形破裂过程中产生电磁辐射信号特征及其与煤岩体能量耗散的耦合关系.结果表明:电磁辐射是煤岩体塑性变形引起的,受载煤岩体电磁辐射脉冲数与塑性能变化率成正比,比例系数为5.962,电磁辐射总脉冲数与煤岩体的塑性能成正比,电磁辐射不仅仅与损伤速率有关,而且还与受载煤样的弹性模量成正比,这与受载煤岩体电磁辐射试验现象相符合.     

一株产纤维素酶的枯草芽孢杆菌 部分生物学特性研究

选用球型压头和十字型压头在RMT-150C岩石力学试验机上对花岗岩分别进行不同加载速率的岩石破碎实验,采用KBD5电磁辐射数据采集系统对岩石破碎过程中产生的电磁辐射信号进行采集处理,应用分形理论分析电磁辐射脉冲数的分形特征.实验结果表明:试件在受载过程中电磁辐射脉冲数与时间具有明显的分形特征,并随加载速率增大电磁辐射信号强度增大,分形维数D也增大,具有很好的相关性;在相同速率的岩石加载破碎条件下,十字型压头电磁辐射分形维数D比球型压头的大,与电磁辐射脉冲信号的强度变化呈相同的规律,利用电磁辐射脉冲信号和分形维数D的相同规律可以更全面地反映岩石的真实破裂过程.     

基于电磁辐射原理的煤与瓦斯突出危险性预测

为实现煤与瓦斯突出危险性的动态、连续预测,根据煤岩强度统计损伤理论,分析煤岩电磁辐射强度与应力关系,建立不同泊松比煤岩动力灾害与电磁辐射响应模型。利用基于该模型研制的KBD7在线式电磁辐射监测仪,对沈阳煤业集团红菱煤矿1200工作面集中运输巷和1204工作面回风顺槽进行连续监测,预测两工作面的煤与瓦斯突出危险性。结果表明:电磁辐射强度与常规预测指标、煤与瓦斯突出危险性有很好的相关性;1200掘进工作面电磁辐射临界值为49 mV,煤与瓦斯无突出危险预测准确率为100%,有突出危险预测准确率在70%以上;1204工作面未预测出瓦斯突出危险情况。该方法可实现煤与瓦斯突出危险性的非接触、动态、连续、定向及区域性监测,为煤矿安全生产提供了技术支持。