不同粗糙度煤岩界面超低摩擦效应与声发射特征试验研究

为了揭示动载扰动作用下煤岩界面粗糙度对超低摩擦型冲击地压影响机制,采用自行研制的煤岩界面超低摩擦试验装置,以沈阳红阳三矿1082 m采深煤岩体为研究对象,通过改变煤块与砂岩块体表面粗糙度来模拟煤岩界面不同粗糙特性,以粗糙度系数表征煤岩界面粗糙程度,工作块体水平位移表征冲击过程中超低摩擦效应强度,声发射能量为工作块体摩擦滑动过程中的信号参数,进行应力波扰动下不同粗糙度煤岩界面超低摩擦试验.研究结果表明:(1)超低摩擦滑动过程中,工作块体水平位移、声发射能量计数以及累计能量曲线呈现出孕育阶段、激发阶段、稳定阶段变化特征;(2)煤岩界面粗糙度越小,工作块体水平位移和声发射能量峰值越大,煤岩界面越易发生超低摩擦效应;(3)不同煤岩界面粗糙度下,相比于其他扰动频率, 2 Hz时更易发生超低摩擦效应;(4)给出了声发射能量峰值与煤岩界面粗糙度系数对应关系.声发射能量峰值可以有效表征超低摩擦效应强度,可以用声发射能量峰值预测超低摩擦效应强度.

煤的冲击倾向性对深部煤岩界面超低摩擦效应影响研究

为了揭示动载扰动下煤的冲击倾向性对超低摩擦型冲击地压的影响机制,以不同冲击倾向性煤块为研究对象,首先通过单轴压缩试验测定了煤样冲击倾向性,然后采用自行研制的煤岩界面超低摩擦试验装置,以煤块滑动位移、动能表征冲击过程中超低摩擦效应强度,开展了应力波扰动下不同冲击倾向性煤块超低摩擦试验。研究结果表明:(1)超低摩擦效应强度受扰动频率影响存在频率显著影响区,强、弱、无冲击倾向性煤块频率显著影响区分别为2.5~3.5 Hz、2.0~3.0 Hz、1.5~2.5 Hz,频率显著影响区内煤岩界面更易发生超低摩擦效应。随着煤块冲击倾向性增强,频率显著影响区域整体右移。(2)超低摩擦效应强度与扰动幅值正相关,在高强度扰动下强冲击倾向性煤更易发生超低摩擦效应。(3)建立了有效弹性能释放速率指数与动能之间的拟合函数关系式,实现了用煤的冲击倾向性指标综合评价超低摩擦效应强度。

覆岩承压含水层疏水应力场演化规律电荷监测研究

【目的】针对我国内蒙古、陕西、山东和甘肃等深部煤炭开采矿区面临水文地质条件复杂,导致顶板疏水量大,覆岩承压含水层疏水诱发的冲击地压灾害日益凸显的问题,开展了覆岩承压含水层疏水过程中煤层应力场演化规律研究。【方法】通过实验室分级加载条件下的煤体电荷感应试验与煤矿现场顶板疏水前后的电荷参数监测相结合的方法,系统研究了不同应力水平下煤体感应电荷的变化特征,以及顶板疏水过程中应力场的动态转移规律。【结果和结论】实验室研究表明,随着加载应力的逐级增大,煤样感应电荷量呈现非线性增长趋势,有效反映了煤体所受的应力水平。现场监测则揭示了顶板疏水过程中,富水区内电荷量均值和变异系数减小,而富水区外一定范围内电荷量先增后减,出现峰值点,表明应力从富水区边缘向外动态转移,并存在转移范围阈值;此外,基于富水区外各测点电荷量峰值的出现时间,得出了不同疏水量下的应力转移特征,即缓慢转移–快速转移–缓慢转移三个阶段。最后,通过大直径钻孔卸压试验,验证了该技术在降低顶板疏水条件下应力集中、防治冲击地压方面的有效性。研究成果可为顶板富水矿井冲击地压的预测与防治提供了理论依据和技术支持。

岩煤接触面力学性质对组合煤岩力学行为影响机制

为明确组合煤岩力学行为及其冲击倾向性与岩煤间接触面力学性质关系,开展了组合煤岩单轴压缩试验,分析了岩煤间4种不同力学性质的接触面对组合煤岩强度、弹性模量、应变软化现象、声发射特征信号、能量累积耗散特征和冲击倾向性的影响规律,研究了接触面黏结属性和破坏情况所引起的端面效应对煤岩局部变形特征及强度的影响机制。研究结果表明:接触面力学性质对组合煤岩的力学性质有一定影响,完整的接触面增强了组合煤岩的强度和弹性模量,提高了弹性能累积能力,抑制了峰前阶段的煤岩破裂,削弱了峰后的应变软化阶段;接触面的破坏降低了端面效应的影响作用,提高了组合煤岩的破坏程度,延长了峰后的应变软化过程;无黏结型组合煤岩试样的各项力学指标均低于其余3种接触面;建立了组合煤岩本构关系并提出了考虑接触面破坏的组合煤岩强度估算方法和接触面断裂的判定方法;理论计算结果与实验结果较为一致;随着岩煤间接触面力学性质的提高,组合煤岩弹性能占比提高,塑性能占比降低;厘清了岩煤间接触面力学性质对组合煤岩冲击倾向性的影响规律,认为接触面和煤岩相对力学性质是引起组合煤岩冲击倾向性各项指标冲突的重要影响因素。

煤岩组合体冲击倾向性对超低摩擦型冲击地压的影响机制

为揭示煤岩组合体冲击倾向性程度对超低摩擦型冲击地压的影响机制,以不同冲击倾向性煤岩组合体为研究对象,在对煤岩组合试件进行冲击倾向性测定的基础上,采用自行研制的煤岩界面超低摩擦试验装置,以发生超低摩擦效应时的水平位移、动能、摩擦力为指标,探究煤岩组合体冲击倾向性与垂直应力波扰动频率、扰动振幅之间的关系特征。研究结果表明:(1)受扰动频率影响,弱、强冲击倾向煤岩组合体易发生超低摩擦效应的频率显著影响区分别为2.0~3.0,2.5~3.5 Hz,且随着冲击倾向性程度的增强,频率显著影响区逐渐右移。(2)相比于弱冲击倾向性煤岩组合体,强冲击倾向性煤岩组合体发生超低摩擦效应时水平位移、动能和摩擦力降幅较大,煤块易发生超低摩擦滑动。(3)随着煤岩组合体剩余能量指数的增大,冲击倾向性程度逐渐增强,动能呈指数规律增大,煤块越易发生超低摩擦滑动。研究结果可为超低摩擦型冲击地压的预测和防治提供参考。

基于三剪能量屈服准则的岩石弹塑性耦合模型

为建立能够准确描述岩石变形过程中能量演化规律的力学模型,提出利用三剪能量屈服准则和弹性剪应变能获取岩石黏聚力与内摩擦角,以及基于三剪能量塑性势函数获取剪胀角的方法,依据所提方法和岩石循环加卸载试验数据,得到了各级围压下不同塑性累积阶段岩石的弹性模量、黏聚力、内摩擦角及剪胀角等参数,发现随着塑性变形的增大,弹性模量呈负指数关系减小,黏聚力峰前线性增大而峰后呈负指数减小,内摩擦角满足比例参数为1、形状参数为1.5的Weibull函数,剪胀角线性减小;随着围压的增大,弹性模量和黏聚力均呈线性关系增大而剪胀角呈线性减小。建立岩石三剪能量弹塑性耦合力学模型,实现了模型在有限差分软件中的二次开发并编写了能量演化监测程序。模拟岩石室内试验,结果表明所建模型能较准确地描述岩石后继屈服过程中的硬化软化、剪胀、围压效应以及能量演化等力学行为。研究成果可为从能量角度研究岩体失稳提供理论支撑和现实手段。

高应变率下钻孔煤样冲击破坏试验及数值研究

煤层钻孔是防治冲击地压常用的一种简单、经济和有效的降冲减灾手段。针对冲击地压发生后高应变率加载显现,揭示钻孔煤岩的冲击破坏物理过程及其减灾机制对于定量化设计煤层钻孔参数意义重大。为研究高应变率下钻孔对煤样力学性质的影响,通过室内霍普金森压杆试验及颗粒流数值模拟对预制孔煤样进行冲击试验。试验结果表明:高应变率加载下钻孔对煤样的动态抗压强度具有显著的弱化作用,随钻孔数目的增加,煤岩动态抗压强度分别下降11.9%、20.4%、23.2%;随钻孔间距的增加,动态抗压强度分别下降20.4%、14.9%、8.5%、16.4%。含钻孔煤样应力-应变曲线存在应力跌落现象与塑性耗能平台期,应力跌落范围与塑性平台范围随孔数目的增加呈上升趋势。高应变率加载下钻孔对煤样的破坏具有明显的变形局部化引导作用,当煤岩破坏时,初始主裂纹于平行加载方向的孔边拉应力区产生,次裂纹垂直主裂纹方向,孔间裂纹于孔桥间产生。应力集中区随孔桥破碎重新分布,孔边承载区远离钻孔。钻孔后煤样的AE(acoustic emission)事件数峰值出现不同程度的后移,当L≤2.5 d时,AE事件分布呈双峰特征,L>2.5d时,AE事件分布呈单峰特征。

梯度围岩结构应力波透射模型与传播衰减规律

锚杆支护与钻孔卸压等方式改变巷道围岩介质属性,形成具有三介质两结构面的巷道梯度围岩结构,增加对应力波的吸收与衰减能力,防止巷道冲击破坏。为揭示巷道梯度围岩结构中应力波传播衰减规律,建立了梯度围岩结构应力波透射模型,从弹性波在介质交界面处的波场分解和能量分配角度出发,分析了卸压带密度以及应力波入射角度对能量系数的影响,发现梯度围岩卸压带的密度和入射角对各折反射波的能量系数具有显著影响,揭示了梯度围岩结构的吸能防冲力学机理。基于不同梯度围岩结构模型的数值计算,综合应力波的波幅衰减系数、波阻抗匹配系数、能量吸收占比、能量衰减系数等参量,对比分析巷道梯度围岩结构对应力波传播衰减的影响规律。研究结果表明:梯度围岩结构卸压带宽度增加,应力波振动频率降低,波幅衰减系数随之增加,能量衰减系数呈上升趋势,提高了梯度围岩结构的缓冲与隔震性能,增强了巷道的防冲能力;卸压带宽度较小时,会引起应力波在梯度结构中的复杂叠加,使得应力波在局部区域幅值激增,合理的卸压带宽度能够避免应力波在三介质两结构面结构中的复杂叠加。卸压带内钻孔间排距减小,梯度围岩结构卸压带中介质的弹性模量与密度下降,能量吸收占比增加,提高了对应力波的吸波性能。梯度围岩结构中“三带”的波阻抗匹配系数越大,能量衰减系数越大,即“三带”的介质性质差异越大,梯度围岩对于应力波的吸收衰减效果越好,通过调控卸压钻孔的深度与间排距改变卸压带的尺寸和物理力学性能,可有效提高梯度围岩结构的吸波、缓冲、隔震性能。结合工程实例分析证实了梯度围岩结构可有效吸收冲击地压产生的应力波能量,避免冲击地压灾害发生。

冲击地压预测的煤岩变形局部化方法

冲击地压预测是冲击地压防治的前提和基础,是冲击地压研究中的一个重要内容,针对目前冲击地压前兆和冲击地压孕育过程之间内在的本质联系不清问题,从煤岩变形破坏的固有特征及冲击地压的失稳问题本质出发,借鉴经典力学中的能量原理,提出了以煤岩变形局部化为前兆的冲击地压预测方法。根据虚位移原理和稳定性理论,推导并得到了冲击地压发生临界条件和煤岩变形局部化发生条件,分析煤岩变形局部化与冲击地压内在联系。采用梯度塑性理论,通过引入内部长度参数,构建煤岩变形局部化模型,分析了变形局部化带宽带的影响因素。给出了测量内部长度参数的实验方法,对变形破坏向某一区域集中,且集中区具有一定尺度的现象进行理论解析。根据变形局部化的时空演化特点,引入描述变形局部化的空间聚集性、梯度显著性和曲率显著性指标,从“时间演化”属性和“结构演化”属性对变形局部化状态进行识别。对变形局部化预测方法进行初步的应用研究,分别采用实验的声发射数据和现场的微震数据,预测煤岩试件破坏区域和煤矿冲击地压危险区域。研究表明:煤岩变形局部化开始条件和冲击地压发生的临界条件相同,即冲击地压孕育演化过程和煤岩变形局部化的过程具有一致性;煤岩变形局部化带宽度与材料内部长度参数和煤岩冲击能指数有关,随着材料内部长度增大,变形局部化带宽度线性增大,随着煤岩冲击能指数增大,变形局部化带宽度非线性减小;根据实验和现场初步应用结果,表明空间聚集性、梯度显著性和曲率显著性指标能够描述和追踪变形局部化时空演化特征,变形局部化预测冲击地压危险区域方法具有可行性。

基于线性方程-Adam算法的微震震源定位研究

为了提高矿山微震震源定位精度及定位稳定性,提出线性方程-Adam定位方法。通过仿真模型实验分析各参数对定位结果的影响,最后利用柿竹园矿爆破实验和人工爆破实验验证该定位方法的定位精度及定位稳定性。研究结果表明:线性方程-Adam算法在2个实验中的定位误差分别约为3.9,8.2 m,相较于提到的其他算法,其定位精度均提高了30%以上。研究结果可为矿震震源反演定位提供参考。

加载速率与断层倾角对断层矿震失稳影响的试验研究

研究断层黏滑过程力学特征及规律,对预测断层矿震的发生具有重要的理论意义和现实意义。试验以粗晶正长花岗岩为例,采用双轴加载的方式进行直剪摩擦滑动试验,研究了不同断层倾角黏滑失稳特征,分析了不同侧压下加载速率为0.5、1.0、5.0μm/s时对断层错动黏滑失稳的影响。研究结果表明:断层黏滑失稳时临界剪应力随着加载速率的增大是先减小再增大,而应力降随着加载速率的增大呈下降趋势,低速加载、高侧压时,断层发生黏滑所需的临界剪应力最大,断层发生黏滑时产生的应力降最大。侧压增大时,临界剪应力增大,平均应力降增大,平均黏滑周期增大。加载速率越低,平均应力降越大,同一侧压下平均黏滑周期越大,侧压变化对平均黏滑周期的影响越显著。黏滑周期与加载速度之间满足负对数线性关系,且不受侧压影响。断层倾角由56°变为45°时,在相同的侧压下临界剪应力增大,平均应力降减少,平均黏滑周期增大。断层倾角为34°试样达到峰值应力时,断层发生瞬间失稳现象,随着围压的增大,发生失稳时能量的释放也越大。大倾角断层易发生断层矿震,但释放能量小、震级低,而小倾角断层不易发生断层矿震,一旦发生失稳,释放的能量大震级高。开采速度对断层矿震的发生有着直接的影响,在某一开采速度下断层矿震最易发生,且释放能量也较大,在生产中一定要避开这个开采速度。

煤岩界面粗糙度对超低摩擦效应影响研究

为了揭示动载扰动作用下煤岩界面粗糙度对超低摩擦型冲击地压影响机制,采用自行研制的煤岩界面超低摩擦试验装置,以沈阳红阳三矿1082 m采深煤岩体为研究对象,以煤块为工作块体,通过改变煤块表面粗糙度来模拟煤岩界面不同粗糙特性,利用其水平位移表征冲击过程中超低摩擦效应强度,进行应力波扰动下煤岩界面不同粗糙度对煤岩块体超低摩擦效应影响试验。研究结果表明:(1)不同煤岩界面粗糙度下,超低摩擦效应存在频率敏感值,扰动频率为2 Hz时,煤岩界面易发生超低摩擦效应。(2)扰动幅值与超低摩擦效应强度线性正相关。煤岩界面粗糙度越小,工作块体水平位移、水平加速度越大,超低摩擦效应强度越大;煤岩界面粗糙度越大,工作块体水平位移、水平加速度增长幅度越大,扰动幅值对超低摩擦效应的影响越大。(3)粗糙度仅在一定范围内对超低摩擦效应产生影响,影响超低摩擦效应的粗糙度系数临界值为3.81。(4)水平冲击力越大,工作块体水平位移、水平加速度越大,超低摩擦效应强度越大。

冲击地压煤层如何实现安全高效智能开采

冲击地压煤层如何实现安全高效智能开采是一项重大的产业技术难题,系统分析了我国冲击地压矿井分布特征、开采现状及冲击地压发展趋势,深入剖析了冲击地压矿井面临的主要开采难题。从区域地应力监测反演、矿井开拓布局优化、煤柱尺寸优化、井上下联合卸压、置换充填开采、高层位离层注浆等方面,全面阐述了冲击地压矿井全生命周期防控技术发展现状。针对巷道冲击地压防治难题,研发了冲击地压巷道全巷协同智能自适应抗冲击支护技术与装备,利用吸能防冲液压支架实现了正常状态对巷道围岩进行强支护、冲击过程迅速让位吸能的效果,结合支架智能运移装置、支架监测预警系统及全巷协同自适应抗冲击支护智能设计方法,构建了冲击地压巷道智能化吸能支护防控体系。分析了采煤工作面智能开采系统防冲原理,提出通过对围岩采动应力、覆岩断裂结构等进行监测分析,基于三维地质模型、大数据算法等对冲击地压发生位置、概率进行预测预警,并通过智能开采系统对液压支架的支护姿态与支护力、采煤机割煤速度等进行智能联动控制,实现采煤工作面智能开采与冲击地压智能防治。从采场应力与覆岩结构智能监测、冲击地压灾害数据库构建、冲击地压灾害分类预测预警等方面,分析了冲击地压智能防控技术的研发重点,提出了煤矿冲击地压监测预警系统组成及总体架构。从顶层设计、关键技术、智能精准解危与效果评价等方面提出了我国煤矿冲击地压煤层实现安全高效智能开采的技术路径与研发方向。

冲击危险区域多元地球物理指标动态辨识方法及其应用

精准识别冲击危险区域并给出危险程度及其演化规律对冲击地压防治具有重要意义。采用变形局部化与多元地球物理指标空间扫描相结合的方法,探究大能量事件发生区域的微震前兆特征,追踪冲击危险区域的动态演化过程。基于变形局部化原理,利用梯度显著性指标识别变形局部化区域,圈定冲击危险区域;采用滑动窗扫描方法,研究了变形局部化区域内的b、A(b)、S等物理指标空间分布特征,以掘进期间梯度显著性指标识别的微震聚集区域内大能量微震事件对应的b、A(b)、S、△F、A(t)作为划分工作面回采期间冲击危险等级的阈值;利用贝叶斯网络法分析各个物理指标预测危险区域的效能,构建综合预测危险区域模型,计算物理指标权重并得到综合预测指标,并以513工作面进行实例分析。结果表明:地球物理指标可以识别微震聚集信号,判断危险区域,根据513工作面实际监测数据判断出3个微震事件聚集区域;物理指标的空间扫描结果与微震数据的聚集区域具有同步的特征,大能量事件发生时,所在区域的物理指标值高于冲击危险阈值,物理指标空间扫描辨识的危险区域与微震数据聚集区域基本一致;利用综合预测危险区域模型,对工作面回采期间危险区域进行迭代式预测,结果表明:冲击危险事件多发生在综合预测指标所预测的强冲击危险区域内,并随着回采期间微震数据的叠加,强冲击危险区域逐步集中,与冲击危险事件位置的重合度更高。综合预测指标预测效能总体高于单个物理指标,显著增强了精准预测冲击危险区域的能力。

高应力软弱厚煤层沿空巷道矿震风险控制

矿震是深部高应力回采巷道失稳的重要原因,以余吾煤业N2106回风巷为例,开展了高应力软弱厚煤层沿空巷道矿震风险控制研究,研究结果表明:(1)巷道对回采扰动的敏感性极强,最大影响范围为397 m。(2)大能量微震事件密集分布于巷道煤柱帮侧围岩,巷道底煤和两帮是容易出现破坏的部位。(3)巷道失稳破坏的临界应力条件为18.41 MPa,单位长度巷道煤体释放能量为2.29×10^(6)J,顶板释放最大能量为8.6×10^(7)J。(4)提出采用应力和能量的协同控制策略对矿震进行防治设计。

含水煤岩变形破坏过程电荷感应和微震信号特征试验研究

为了监测煤层注水减弱煤层的冲击倾向性和底板突水增加矿井冲击危险性的效果,利用电荷感应和微震同步监测系统,对平顶山矿井的原煤和砂岩开展单轴压缩下不同含水率煤岩的电荷感应和微震监测试验,获得了不同含水率原煤和砂岩变形破裂过程的电荷感应和微震信号特征。试验结果表明:随着含水率的增大,煤岩峰值应力减小,冲击倾向性减弱,经过浸泡饱和后煤样的峰值应力和砂岩的峰值应力分别降低了21.8%和31.1%;随着含水率的增大,煤样变形破裂过程中产生的电荷感应和微震信号事件数都减小,信号强度也降低,电荷感应与微震信号均方值幅值减小,而砂岩变形破裂过程中产生的电荷感应和微震信号事件数却增多,信号强度也增强;煤岩变形破裂过程产生的电荷感应信号受水的影响比微震信号受水的影响大。煤层注水后有效降低了矿井的冲击危险性,煤层变形破裂过程产生的电荷感应和微震信号变弱;矿井底板突水时提高了矿井冲击危险性,从而底板变形破裂过程产生的电荷感应和微震信号增强。

三点弯曲正长花岗岩的多参量信号特征试验研究

采用多参量(电荷感应、微震和声发射)同步综合监测系统,开展完整和预制裂纹正长花岗岩的三点弯曲试验,对其变形破裂过程的多参量信号特征进行研究。试验结果表明:完整和预制裂纹正长花岗岩在失稳破坏阶段有最强的多参量信号,在失稳破坏阶段产生的多参量信号的主频比较接近,但完整正长花岗岩多参量信号主频幅值是预制裂纹正长花岗岩多参量信号主频幅值的2倍左右。完整正长花岗岩从线弹性变形阶段、裂纹快速发展阶段到岩石失稳破坏阶段产生应力降时应力降的速度是快速增大的,裂纹快速发展阶段和岩石失稳破坏阶段声发射的最大震级和事件数远大于线弹性变形阶段的最大震级和事件数。正长花岗岩失稳破坏阶段多参量信号同步产生,产生的多参量信号与其他阶段相比主频最小,主频幅值最大;在试样失稳破坏阶段声发射信号早于电荷感应信号产生;电荷感应信号早于微震信号产生,声发射信号持续时间最短,微震信号持续时间最长,多参量信号都在试样产生应力降或失稳前产生。

强岩爆倾向性岩石的自组织动力失稳机制

为探究岩石的动力失稳机制,开展强岩爆倾向性岩石的单轴声发射试验,分析其应力-应变、声发射演化及宏细观破坏特征,结果表明岩石的动力失稳是其微结构系统逐渐形成一定几何形状的力学结构,继而力学结构突然崩溃的自组织行为,具有临界性、对称性破缺及塑性缺失等性质。将岩石的动力失稳过程划分为能量积蓄和能量爆发2个阶段,依据自组织的自催化-自阻化功能,考虑对称性破缺,分别建立能量积蓄和能量爆发的非线性动力学方程,并推导出相应的耗散能演化方程。引入二元介质理论,将岩石的破损视为弹脆性胶结元向弹塑性摩擦元转化,摩擦元满足莫尔-库仑(M-C)准则,依据能量积蓄过程的耗散能演化方程定义破损规律,建立岩石的二元介质模型,依据能量爆发阶段的耗散能演化方程定义损伤规律,建立岩石的损伤模型,实现所建模型在有限差分软件中的二次开发,并验证了其正确性。基于自组织理论,结合数值模拟,从能量角度和细观层面分析岩石的动力失稳机制,结果表明:理想均质岩石的微结构系统可在势能梯度作用下演化成“沙漏”形的中心对称力学结构,临界态时势能梯度面密集靠近对称中心的岩桥,且能量可在面内高速流动,岩桥极易破断,破断后可打破周边密集的势能梯度面,引发面内能量激烈释放,驱动岩石爆裂;真实岩石失稳过程中会产生对称性破缺的力学结构和破坏形态。研究成果可为岩柱、硐室围岩的岩爆危险性分析提供理论支撑和数值模拟手段。

基于质量寻优与归一化STA/LTA方法的微震P波到时拾取技术研究

微震信号P波初至拾取是微震数据处理的关键步骤之一。为了实现微震信号P波初至到时的精确拾取,针对微震信号不同信道各时段受噪声污染程度不同的特点,使用归一化后的信噪比、信号的明显程度和信号初至起跳点的明显程度叠加的信噪指数代替单一信噪比来量化微震信号的质量。以信噪指数作为判定条件选取质量较高的信号作为输入来提高P波到时准确度,设计一种基于质量寻优与归一化STA/LTA方法的微震P波初至到时拾取算法(QONSL方法)。为了验证该方法的可行性和有效性,分别对测试数据和阜新市五龙矿微震监测数据进行处理。对测试数据的处理结果表明,在量化微震信号的质量时,信噪指数比信噪比更准确,且信噪指数越大,到时拾取结果越接近准确到时。对阜新市五龙矿三分向数据处理结果表明,QONSL方法可以通过信噪指数快速锁定信号质量较高的信号通道并快速拾取微震P波初至到时,综合120个微震信号的到时拾取结果来看,与准确到时的误差保持在5 ms之内,将86个微震事件的到时误差控制在2 ms以内。与STA/LTA算法相比,QONSL算法拾取精度整体提升72%,整体误差范围波动减少75%。QONSL方法受噪声影响较小,具有较高的拾取效率和精度,可为煤层水力压裂、矿山动力灾害实时监测以及后续的微震自动高精度定位计算提供参考。

岩煤结构静动组合加载试验系统研制及应用

为明确煤层应力集中、顶板断裂和断层滑移等诱冲条件下岩煤组合结构体破坏失稳机制,自主研制了岩煤结构静动组合加载多参量试验系统,实现了多尺度岩煤组合结构两向静-动组合荷载的独立施加,动载施加间隔可达0~2000 ms,实现了深部矿山多种动力扰动条件的模拟.同时该系统可搭载数字散斑监测系统、声发射-电荷信号监测系统,实现了岩煤结构失稳过程表面应变场、位移场和破坏失稳前兆信息监测,最后应用该系统开展了静载、侧向动载和两向动载条件下含弱面岩煤结构体滑移失稳试验.试验结果表明:静载条件下岩煤组合结构破坏表现出明显的分区破坏形式,破坏失稳时间为0.28 s,侧向动载条件下岩煤组合结构表现为整体倾出的失稳模式,破坏失稳时间缩短至0.001 s,两向动载冲击后岩煤组合结构先保持了5 s的稳定阶段,随后煤层整体倾出.荷载条件是影响岩煤结构体力学行为的重要力源因素,试验结果验证了系统的可靠性.