受载煤体微电流效应及煤岩动力灾害预警应用展望

利用建立的受载煤体微电流测试系统,开展不同加载条件下煤样微电流测试试验,研究揭示煤体受载变形微电流效应,分析煤体受载变形过程微电流响应特征,研究微电流与煤体力学行为间的定量关系,提出微电流法预测煤岩动力灾害的原理,结合现场实践结果,对微电流技术的应用前景进行展望。结果表明,煤体受载变形能够产生微电流,微电流变化与应力变化具有较好的一致性,微电流与煤体力学行为(应力、应变、应变率等)紧密相关,在压密阶段和塑性变形阶段,微电流随应变率增加而增加,在弹性变形阶段随应力和应变线性增加;煤体在扰动载荷下能够产生随应力周期性变化的微电流,即脉动直流电,其变化与应力变化一致。微电流对煤体破坏具有较好的前兆响应,微电流在加速增加过程(塑性变形阶段)中的异常波动可作为煤体渐进性破坏的前兆特征,微电流在衰减过程中的脉冲式波动可作为煤体蠕变破坏的前兆特征。煤体受载微电流效应及现场应力梯度的存在,是矿井微电流测试的重要基础;微电流与煤体力学行为间的紧密相关性,是利用微电流技术观测煤岩体应力的重要前提;微电流对煤体破坏具有明显的前兆响应,是利用微电流技术预测预报煤岩动力灾害的重要保障。微电流技术具有响应灵敏度高、前兆信息明显和抗干扰能力强的优点,在煤岩体应力观测及煤岩动力灾害预警中具有很好的应用前景。未来需进一步开展受载煤岩微电流基础理论及应用技术方面的研究,为发展煤岩动力灾害精准时空监测预警的微电流法提供支撑。

国外应急管理研究热点与演进--基于2001—2023年Web of Science数据库知识图谱分析

为探究国外应急管理领域的研究热点与演进,选取2001—2023年Web of Science数据库(WoS)收录的1724篇应急管理文献,基于CiteSpace文献计量软件从发文量趋势、机构、国家及作者合作网络、共被引文献、关键词共现及聚类特征进行可视化分析。研究结果表明:国外应急管理领域的年发文量呈现稳步增长的趋势,研究主题演进可分为3个阶段:(1)2001—2010年,应急预案与决策成为研究热点;(2)2011—2018年,疏散、社区脆弱性、社区韧性成为高突现强度关键词;(3)2019—2023年,智慧应急成为研究热点。随着大数据、人工智能等新型互联网技术在数字中国建设中的发展与应用,智慧应急将成为新时期应急管理内涵建设的重要方向之一。研究结果可为我国应急管理新理论与新技术发展提供参考。

高校实验室安全风险监控融合预警与数字化决策系统

高校实验室风险点与危险源密集,人机环管因素持续变化,且人员流动快、前沿探索多,导致风险隐患动态识别难、预判预警精准度不高、风险管控精细化水平不足。围绕实验室安全风险精准辨识与快速响应这一关键问题,基于实验室安全风险—隐患—事故演化规律,建立安全风险监测监控指标体系,运用物联网、人工智能、大数据分析等技术,开发安全隐患视频图像智能辨识算法,研发多源信息感知融合分析技术,研究应急响应辅助决策方法,从而构建“云边端”一体化的融合监控预警与数字化决策系统,并在学校安全工程学院实验室应用。实践表明,该系统能够对实验室进行全时间—空间—要素的多维度持续覆盖,及时发现风险隐患并有效应急响应,有助于提升实验室安全风险管控与应急能力,具有一定推广应用价值。

“双一流”背景下行业特色型高校在校生校友精神教育与传承现状及改进研究--以中国矿业大学为例

行业特色型高校是我国高等教育体系的重要组成部分,其毕业生及校友主要服务于能源化工、农林水利、建筑交通和冶金机械等基础领域,在促进我国社会主义事业快速发展的同时,形成各高校各具特色的校友精神及文化。在当前“双一流”建设的关键时期,行业特色型高校也面临在校生校友精神教育和传承不足、毕业生不愿选择艰苦岗位就业等困境。该文以中国矿业大学为例,通过问卷调查与分析,结合当前思政教育内容,研究在校生校友精神教育与传承现状及存在的问题,并提出解决途径。研究结果表明,在校生参与校友活动意愿整体良好,对校友精神认同感较强,但在宣传推介、校史教育、校友活动和艰苦岗位就业意向等方面存在不足,由此提出校友资源开发、校史教育强化、校友活动创新和艰苦岗位就业激励四个方面的改进建议。

受载砂岩变形破坏过程磁场响应规律研究

探寻岩石破坏过程新的物理响应规律,将会推动岩体监测预警技术的发展。利用磁通门弱磁检测技术,开展了单轴加载和循环加卸载砂岩受载破坏磁场监测试验,测试了砂岩在变形破坏过程中的磁场信号,分析了磁场与载荷、声发射之间的关系。结果表明:砂岩在变形破坏过程中能够产生磁场信号,在单轴加载过程中,随着载荷增加,压密阶段磁场信号波动上升,波动系数较大;弹性阶段磁场信号稳定增大,波动系数变小;塑性阶段磁场信号显著增加,塑性阶段后期波动系数开始增大;破坏阶段磁场信号快速增加,波动系数变化较大,与试样载荷降和主破坏对应。相对于波动系数,磁场信号方差在前3个受载阶段较为稳定,破坏阶段的方差逐渐增大,并出现显著突变。在循环加卸载过程中,当载荷增加时磁场信号逐渐增大,载荷减小时磁场信号逐渐减小,试样临近失稳破坏时,磁场信号快速增加,显著高于前期循环加卸载过程。磁场信号与声发射计数具有较好的对应关系,表明磁场的产生与试样变形破坏密切相关。在岩体变形破坏过程中,矿物颗粒发生非均匀变形,界面处的电平衡被打破,自由电荷产生、迁移,引起电流变化,运动电荷或电流变化产生了磁场信号。利用磁场信号评估岩体的稳定性,有望成为一种无损、非接触、可连续监测的新方法。

煤岩动力灾害电磁辐射监测仪及其应用

基于受载煤岩体的电磁辐射特性及规律,研制了具有电磁信号接收、数据处理、数据存储、通讯和灾害预报等功能的煤岩动力灾害电磁辐射监测仪,开发了基于Windows系统的具有数据通讯、参数设置、数据处理及分析和动态预报等功能的软件.该仪器在预测煤与瓦斯突出时,有突出危险煤层的电磁辐射水平远高于无突出危险煤层;在预测冲击地压时,矿压大的地方,电磁辐射较强,有冲击危险的区域,电磁辐射异常,表现为电磁辐射水平明显增强或变化剧烈.表明电磁辐射法预测煤与瓦斯突出和冲击地压等煤岩动力灾害危险性是可行的,研制的电磁辐射监测仪实现了非接触预测,省时省力,对生产影响较小,稳定性好,准确率较高.

煤矿采掘过程中煤岩体电磁辐射特征及应用

运用研制的KBD5矿用本安型电磁辐射监测仪测试了煤矿采掘过程中工作面煤岩体的电磁辐射 ,分析了电磁信号与采掘工艺及煤岩动力灾害危险性等的关系 .研究表明 ,煤矿采掘过程伴随产生电磁辐射 ,电磁辐射是煤岩体受到采动影响后应力重新分布或变形破裂趋向新的平衡的结果 ;有煤与瓦斯突出和冲击地压危险时 ,有明显的电磁异常前兆 ;采取防治措施后 ,电磁辐射显著下降 .电磁辐射技术在煤矿可以用于预测煤与瓦斯突出、冲击地压等煤岩动力灾害 .

基于机器学习的煤岩破裂诱发电磁辐射信号智能辨识研究

电磁辐射作为一种有效监测技术已应用于冲击地压、煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害监测预警,但因电磁信号产生机制复杂,易受井下环境干扰(干扰信号)而影响灾害危险监测预警准确性。准确辨识煤岩破裂诱发的电磁辐射信号(有效信号)是该技术应用推广的关键。开展了煤岩单轴压缩电磁辐射监测实验,分析了电磁辐射有效信号和干扰信号时域、频域及分形特征差异性,分别利用线性判别法、支持向量机和集成学习法等机器学习算法建立了电磁辐射有效信号和干扰信号智能辨识模型,并对比分析了不同模型的识别精度。结果表明:分形盒维数、平均频率、计数和峰值频率特征对电磁辐射有效信号和干扰信号区分较明显,单一特征识别准确率均在70%以上;信号特征集和机器学习算法对有效信号和干扰信号识别准确率均有影响,基于全部特征集的集成学习法识别准确率最高,对2类信号的平均识别准确率为94.5%,能够满足电磁辐射监测预警应用需求。

受载岩石电磁辐射特性及其应用研究

对砂岩、泥岩和混凝土在压、拉状态下的电磁辐射特性、规律进行了实验研究和分析。研究结果表明,砂岩、泥岩和混凝土在压、拉状态下能够产生电磁辐射;电磁辐射与载荷呈现正相关性;岩石电磁辐射具有记忆效应;在受载过程中最大电磁辐射强度与岩石强度间呈现正相关性。电磁辐射在测定原岩应力、测定围岩相对应力分布、评定煤岩体应力状态及其稳定性方面具有非常广阔的应用前景。

煤岩变形破裂的电磁辐射规律及其应用研究

对受载煤体变形破裂电磁辐射规律进行了研究及分析 ,并对煤岩电磁辐射技术应用于预测预报煤与瓦斯突出进行了试验研究。研究结果表明 ,电磁辐射与煤岩体的载荷、加载速率及变形破裂过程呈正相关。煤岩电磁辐射技术在预测预报煤与瓦斯突出等方面有着非常广阔的应用前景。

受载煤体表面电位效应的实验研究

利用建立的煤体表面电位实验系统,研究了煤体在单轴压缩、拉伸、三点弯曲等不同破坏方式下的表面电位效应特征和规律.研究结果表明,煤体在受载破坏时能够产生表面电位,并且表面电位与载荷呈较好的一致性,它们之间的相关系数可达到0.6～0.9;同时,载荷的变化会引起表面电位相应的变化,表面电位信号一般随载荷的增加而增强,随载荷的降低而减弱;并且表面电位在煤样表面上的分布是随载荷增加及煤样的破坏而变化的.通过煤体表面电位的研究,对进一步深入研究煤体破裂电磁辐射的产生机理,促进煤岩电磁辐射技术的发展和应用具有一定的作用.同时,对于煤体表面电位的深入研究,可望为评定煤矿现场煤体应力状态及其稳定性、监测预报煤岩动力灾害提供一种新的方法和手段.

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.

煤体破裂声发射的频谱特征研究

对受载煤体声发射的频谱特性及变化规律进行了测试及研究分析,结果表明,煤体受载破裂时,其声发射信号的频谱不是一层不变的,而是随载荷及变形破裂过程而发生变化,基本上是随着载荷的增大及变形破裂过程的增强,声发射信号增强,主频带增高.煤体声发射的频谱特征变化与煤体变形破裂过程密切相关.

水力冲孔孔洞周围煤体地应力和瓦斯时空演化规律

水力冲孔作为煤层卸压增透的强化措施,被大量应用于松软低透高突煤层。针对目前水力冲孔周围煤体多场分布演化规律不清、水力冲孔卸压半径等参数难以确定的问题,以河南梁北矿二1突出煤层为工程背景,利用自主研制的应力监测系统,结合现场瓦斯流量测试,开展了对水力冲孔实施区域地应力场和渗流场的同步监测,获得了冲孔孔洞周围煤体地应力场和瓦斯场的时空分布及演化规律。结果表明:①水力冲孔后孔洞周围煤体应力场存在动态演化过程,卸压区和应力集中区逐渐向外迁移,直到3 d后才基本趋于稳定;②应力趋于稳定后,距冲孔中心4 m内为应力卸压区,4~5 m为应力过渡区,超过5 m为应力集中区,卸压区半径是冲孔孔洞等效半径的10倍多;③距冲孔中心4 m以内区域裂隙场发育,渗透率和抽采孔瓦斯流量增加,但周围应力集中区的渗透率和钻孔瓦斯流量变得更低。研究结果为准确确定水力冲孔及瓦斯抽采参数、有效卸压增透和强化瓦斯抽采效果提供理论和实践依据。

用电磁辐射法监测预报矿山采空区顶板稳定性

对坚硬煤岩层的电磁辐射特性进行了实验研究,对煤矿回采过程中煤岩体电磁辐射变化规律进行了监测分析,在此基础上提出了电磁辐射监测预报顶板稳定性的技术方法,并在煤矿进行了试验应用.研究结果表明:在矿山采掘过程中,伴随顶板活动会产生明显的电磁辐射信号,顶板垮落前电磁辐射有异常反映,表现为异常增大或呈现增长趋势,用电磁辐射法监测预报顶板垮落是可行的,且具有快捷、方便、准确率高的优点.

受载煤体全应力-应变过程电阻率响应规律

为了研究煤体变形破坏过程电阻率变化特征,利用自建的受载煤体电阻率实时测试系统,对单轴压缩过程煤体应力、应变及电阻率进行了测试,分析了全应力-应变不同阶段煤体电阻率响应规律及变化机制。研究结果表明:煤体全应力-应变过程中,扩容现象发生时电阻率变化趋势出现突变,由下降转为上升,呈不规则"V"字形变化;在扩容发生前的压密阶段和弹性阶段,电阻率的变化由孔隙裂隙的闭合及应力作用决定,扩容的发生使得煤体在塑性阶段电阻率总是呈上升趋势,煤体进入破坏阶段后电阻率进一步上升。通过对煤体电阻率进行连续实时监测,可将电阻率变化规律作为前兆信息,以反映煤体失稳破坏前的扩容突变现象。

煤矿瓦斯灾害风险隐患大数据监测预警云平台与应用

瓦斯灾害仍然是我国深部煤矿开采的主要灾害,随着采深及开采强度的加大,危险性日趋严重。瓦斯灾害影响因素及耦合关系非常复杂,灾害事故时有发生。基于安全监测大数据进行瓦斯灾害和风险隐患一体化分析预警已成为煤矿安全管理、监管和监察的迫切需求。分析了瓦斯灾害与风险隐患的大数据特征,提出了基于安全监测大数据的瓦斯灾害风险隐患识别与突出危险性预警方法,研发了煤矿瓦斯灾害风险隐患大数据监测预警云平台,实现了动态信息资源"一张图",并进行验证和应用。通过集成和挖掘分析所有相关实时数据、变化趋势及耦合关系实现了煤矿瓦斯灾害风险隐患大数据监测、自动识别、预警和结果分级推送等。

煤体瓦斯渗透性的电场响应研究

通过试验研究了施加交变电场条件下的煤体瓦斯渗透特性,并分析了其作用机理.研究结果表明,煤体瓦斯渗透率对电场有明显的响应:施加电场后,煤体瓦斯的渗透率提高,并且随着电场作用频率和强度的增加而提高;其作用机理是:外加电场作用使煤瓦斯分子热运动加剧,吸附势阱降低,吸附量降低,活性提高,增强了瓦斯的解吸和扩散,使煤体瓦斯的有效渗透通道增大.这对于提高煤矿瓦斯排放率和煤层气的开发利用,对于防治煤矿瓦斯灾害都有重要的现实意义.

煤与瓦斯突出电磁辐射预警技术及应用

针对目前煤与瓦斯突出危险预警在预警实时性、准确性和便捷性方面的需求,分析了煤岩破坏电磁辐射特征、规律及煤与瓦斯突出过程电磁辐射、常规预警指标变化规律及其相关性,开发了煤与瓦斯突出电磁辐射预警装备及软件,建立了煤与瓦斯突出电磁辐射预警准则,实现了煤与瓦斯突出演化过程电磁辐射的自动分析及预警。研究结果表明:电磁辐射指标与常规预警指标具有较高的正相关性,可以反映煤与瓦斯突出危险性,现场煤与瓦斯突出预警应用结果表明,电磁辐射预警技术具有较高的准确性,可以超前13 m或提前2天预警到突出危险。

受载煤体电磁辐射的频谱特征

对受载煤体变形破裂时电磁辐射(EME)的频谱特征进行了研究分析,研究结果表明,在受载煤体变形破裂过程中电磁辐射的频带很宽,其主频段随载荷的变化而发生变化,在受载初期,电磁辐射的主频带较低,电磁辐射主频带有时呈现先增高而后降低的趋势;在受载后期,电磁辐射的主频带较高,基本上表现为载荷越大,电磁辐射的主频段越高。