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声发射预测煤与瓦斯突出危险性技术研究

李俊亮  
【摘要】: 煤与瓦斯突出是一种极其复杂的动力现象,是地应力、煤层中的瓦斯压力及煤体结构力学性质等因素综合作用的结果。煤与瓦斯突出对井下巷道、设备、设施、生产系统造成破坏,甚至引起瓦斯爆炸,对井下的安全生产造成严重威胁,因此,研究预测煤与瓦斯突出危险性对煤矿安全生产具有十分重要的意义。 煤和岩石等固体材料变形与破坏过程中伴有声发射(AE)现象,因此,AE技术是用来对材料内部损伤进行实时检测的一种方法。煤层巷道围岩的动态损伤、破坏致失稳过程预报是预测煤与瓦斯突出的前提。本文以窑街煤电集团海石湾煤矿6222煤巷掘进工作面为监测对象,通过理论分析、数值模拟以及现场监测等研究方法,对其突出危险性进行了分析研究。 研究表明,煤岩体材料存在的固有缺陷是重要的声发射源,可以利用“凯瑟效应”以及煤样加载过程中的声发射信号特征进行煤与瓦斯突出危险性预测;突出危险性预测利用2σ原则进行判别,若大、小事件数置区间(μ-2σ,μ+2σ)内时,视为工作面无突出危险;反之则有一定的突出危险性。声发射预测关键还在于对于噪音信号的有效滤除,可以着手于传感器软、硬件及现场安装工艺来改进滤噪效果;由于煤巷两帮塑性圈范围深度约为1.2~1.8m,结合松动圈有滤噪及声发射信号衰减的特性,应将波导杆安装在松动圈以外的原始煤岩体中进行监测,长度宜选用1.9~2.0m。 现场数据显示声发射传感器可以很好的采集到突出危险工作面煤岩体的断裂情况,真实捕捉了煤与瓦斯突出的前兆信息。对比井下实际情况,验证了2σ原则判定掘进工作面突出危险的有效性。


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