砂岩破裂状态声发射梅尔倒谱系数判识方法

岩体结构破裂是严重制约矿山、地铁、隧道等地下空间工程建设及其安全运行的重要因素。实现对岩体结构破裂状态的识别是当下研究的热点与重点之一。为此,开展了不同条件的砂岩加载破坏实验,提取了加载全程的声发射梅尔倒谱系数及其波动差,研究了系数及其波动差在砂岩受载破坏全程的变化规律,分析了1号系数(一组声发射梅尔倒谱系数包括12个,1号系数指第1个声发射梅尔倒谱系数)及其波动差与砂岩破裂状态的相关性特征,基于此提出了砂岩破裂状态声发射梅尔倒谱系数判识方法,构建了判识准则并进行判识效果检验。结果表明:随载荷增加,1号系数整体上增大,系数及其离散性在破坏阶段显著增大并表现出显著的规律波动性特征;1号系数波动差具有阶段性变化特征,波动差的大小及其起伏变化可表征砂岩的破裂,波动差整体增大及突增的变化可反映砂岩非稳定变形和峰后破坏阶段的宏观破裂,波动差的突增幅度可反映砂岩破裂程度;声发射梅尔倒谱系数及其波动差对砂岩破裂表现出良好的响应特征,该特征受不同加载条件的影响较小,说明声发射梅尔倒谱系数在反映砂岩破裂上具有适用性;1号系数及其波动差与砂岩破裂状态具有较好相关性,该相关性可分为3个阶段,即1号系数及其波动差在砂岩微破裂阶段分布集中,在临近失稳破坏阶段分布范围急剧增大、整体值升高且出现高异常值,在峰后破坏阶段分布范围进一步增大、整体值更高、高异常值更多;利用1号系数的75%位点值和异常值、1号系数波动差的75%位点值和异常值构建了砂岩破裂状态判识准则,采用三分类模型混淆矩阵对判识准则的效果进行了检验,判识准确度和精准度分别为90.43%、94.45%。该成果可为其他种类煤岩的破裂状态识别提供借鉴,为煤岩失稳监测预警提供参考。

弱化浅层岩体防治急倾斜特厚煤层冲击地压研究

急倾斜特厚煤层受其特殊的地质、应力和开采技术条件影响,冲击地压防治方法与一般煤层存在较大差异。将理论推导、数值模拟、现场监测等方法相结合,研究了急倾斜特厚煤层的岩层弯曲和煤层能量积聚特征,提出了弱化浅层岩体防治急倾斜特厚煤层冲击地压的方法,得到了防冲关键参数,并进行了工程应用。研究结果表明,急倾斜特厚煤层岩层弯曲时内部岩体破裂释放能量是动载的主要来源,采空区两侧围岩转移、传递至煤层的水平集中应力是静载和能量积聚的主要来源;防治急倾斜特厚煤层冲击地压应弱化工作面浅层岩体的应力传递能力,来降低传递至工作面的动载扰动强度以及转移、传递至煤层的水平集中应力。基于此提出了通过浅孔爆破措施弱化急倾斜特厚煤层浅层岩体的防冲方法。现场工程应用表明,矿井补强浅孔爆破后,工作面微震事件总能量降低了42.38%、总数量增大了471.74%,说明工作面的能量释放由大能量剧烈释放逐渐转为小能量平缓释放,且未再发生过冲击显现,冲击地压危险得到有效控制。研究成果可为类似条件矿井防治冲击地压提供参考。

煤岩电磁辐射理论与技术新进展

煤炭作为我国重要的基础能源和工业原料,其安全开采是保障国家能源安全、支撑经济社会稳定发展的关键。随着浅部煤炭资源的逐渐枯竭,深部开采逐渐成为我国煤炭资源开发新常态,煤岩动力灾害风险随之攀升,严重制约煤炭安全高效开采,对我国煤炭工业可持续发展造成了恶劣的社会负面影响。准确可靠的监测手段是进行煤岩动力灾害防治的必要前提,地球物理监测预警方法通过感知煤岩变形破坏过程中释放的声、电、磁等物理信号来反演煤岩体的损伤破坏状态,已被广泛应用于煤岩动力灾害预警中。其中电磁辐射监测法具有非接触、无损、实时、前兆性强等优势,适用于矿山信息化智能化发展要求。因此,大力推动电磁辐射监测技术的发展,对于煤岩动力灾害防治具有重要意义,可为智慧矿山建设提供重要的技术支持。围绕试验现象、机理模型、技术方法3个方面对电磁辐射理论与技术研究成果进行综述,回顾了电磁辐射现象的发现过程,分析了电磁辐射信号特征、影响因素、力电耦合效应等煤岩电磁辐射特征规律,根据典型电磁辐射机理模型与应力作用、裂纹扩展过程的相关性进行了分类评述,并对现有煤岩电磁辐射监测预警装备及技术方法进行了简要介绍。在此基础上,详细阐述了近年来在煤岩电磁辐射矢量特性研究、煤岩电磁辐射机理微观尺度验证、煤岩电磁辐射定位技术方面取得的新进展。总结了当前煤岩电磁辐射机理未完全揭示和无法实现孕灾区域定位两大理论与技术研究瓶颈,为未来煤岩电磁辐射理论与技术的发展提出了新目标。

声发射梅尔倒谱系数在砂岩破裂分析的应用

声发射技术在煤岩破裂分析领域进行了大量应用,取得了诸多有益成果,对煤岩动力灾害监测预警提供了重要指导,然而煤岩声发射分析仍存在进一步研究和完善的空间,亟待提出新的声发射分析方法。为此,开展了预制裂纹砂岩试样单轴加载破坏实验,同步采集了加载全程的应力应变数据和全波形声发射数据,并对试样进行全程高清摄像;利用声波分析手段提取了砂岩的声发射梅尔倒谱系数,探讨了该系数在砂岩破裂分析的优势及其原因,分析了该系数对砂岩破坏过程的响应,由此进一步研究揭示了预制裂纹砂岩试样的破裂破坏演化特征及声发射梅尔倒谱系数前兆信息。结果表明:对同种砂岩的不同试样,由不同通道采集的声发射信号提取的同号梅尔倒谱系数的变化特征相似、变化量相近、偏差程度小(5%~15%),并且在砂岩加载全程具有阶段性和敏感性的变化特征,说明声发射梅尔倒谱系数具有稳定性优势,可作为反映砂岩破裂状态的特征参数;梅尔倒谱系数可对声发射波形进行很好表征,系数提取过程不对波形设置门槛值,系数值由一段时间内声发射波形幅度和密集程度等整体形态决定,而不同通道采集的声发射波形整体形态在一段时间内趋向于相似,是该系数具有稳定性优势的原因;在砂岩破坏阶段,梅尔倒谱系数呈现周期性升降波动,对应应力曲线的周期性降升和高幅度声发射波形的间断性产生,3者的变化量之间具有显著的正相关关系,说明该系数的波动性及其强弱可反映砂岩的破裂过程及破裂的剧烈程度,是砂岩破裂的响应,由此揭示了砂岩的间歇性破裂破坏演化特征,该特征随着临近砂岩失稳破坏而变得愈发剧烈;以此为指导,利用梅尔倒谱系数周期性波动的波峰与波谷之差(即波动差)来表征系数的波动性强弱并描述砂岩间歇性破裂的剧烈程度,得到了梅尔倒谱系数周期性波动差逐渐增大且突增的砂岩破坏前兆。

岩石破坏过程磁场效应实验研究及其对地震预报的意义

地震前岩石圈存在可观测的磁场前兆异常,岩石破坏过程的磁场效应规律却鲜有研究.本文设计建立了岩石破坏磁场效应监测实验系统,测试分析了岩石破坏过程磁场与载荷、声发射、电磁辐射之间的关系,探讨了岩石破坏磁场产生机制与岩石破坏磁场效应对地震预报的意义.结果表明:岩石在受载破坏过程能够产生磁场,磁感应强度与载荷变化存在良好的对应关系.在受载前期,磁感应强度波动增加,受载中后期,磁场强度显著增加;主破坏发生时,磁场强度快速增加并达到最大值.磁感应强度与累积声发射计数平均相关系数达到0.825,呈高度相关,表明磁场变化能够反映岩石的变形破坏阶段和状态.岩石破坏磁场的产生主要与电性变化有关,运动电荷或电流的变化产生了磁场.岩石破坏磁场与电磁辐射同属于电磁信号,磁场是一种极低频、连续、脉冲式的信号,信号频率一般为0~20 Hz;电磁辐射是一种瞬态、阵发性的电磁波,信号频率一般为kHz~MHz.相对于电磁辐射,磁场前兆异常先出现,岩石破坏的磁场监测结果对于评估地震的临震预报具有显著的意义.

地铁空间典型灾变场景多场响应规律

为研究城市地铁运行过程中潜在坍塌、火灾、水害等工程灾变对地铁空间安全性的影响,基于Fluent软件研究了多灾变条件下风速场、压力场、温度场的响应规律,揭示了多场响应机制,并提出相应的防控措施。结果表明:坍塌区域后方风速和风压减小;火灾发生后地铁空间风速和风压显著下降,火源与出风口之间温度急剧上升,升温10 K以上的区域半径超过10 m;水灾发生后地铁空间风速和风压升高,温度降低,越靠近出风口温度越低,最高降温2 K左右,但地铁边界处可降温15 K。地铁空间多灾变响应机制在于:坍塌导致地铁空间内形成风障,堵塞通风路径;火灾导致空气发热膨胀,在背风向形成不均匀分布;水灾使得地铁空间总体减小,风速、风压升高,而水的低温特性及风流作用导致环境温度出现不同的降低幅度。对于坍塌事故,需要及时清除坍塌区域,减少通风阻力;对于火灾事故,应重点防控灾变发生后温度的升高;对于水灾事故,在排水时应重视地铁空间温度的变化。研究结果对地铁灾变机制分析及现场救援具有理论价值。

煤矿典型动力灾害风险精准判识及监控预警关键技术研究进展

新一轮能源变革正在孕育,互联网+及智能化发展势头强劲,在总结我国煤矿典型动力灾害预防存在主要问题及思考煤矿监控预警如何面对新一轮科技创新的基础上,提出了煤矿典型动力灾害风险精准判识及监控预警新理念与关键技术。煤矿典型动力灾害风险精准判识及监控预警是在煤炭精准开采的理念指导下,基于多相多场耦合灾变孕育演化机理,利用灾害前兆信息采集传感与多网融合传输技术、多源海量前兆信息提取挖掘方法,能够实现煤矿典型动力灾害前兆信息深度感知、风险精准判识及监控预警的新模式新方法。该模式能够实现煤矿监控预警由传统的经验型、定性型向精准型、定量型转变,全面提升我国煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警能力。凝练了煤矿典型动力灾害风险精准判识及监控预警的4个关键科学问题和8个主要研究方向,围绕基础理论研究、关键技术开发和预警平台搭建,重点阐述了12个方面的研究进展,为实现冲击地压、煤与瓦斯突出和煤岩瓦斯复合动力灾害隐患在线监测、智能判识、实时精准预警提供了技术路径。

冲击载荷下三轴煤体动力学分析及损伤本构方程

为研究冲击载荷下三轴煤体的动力学特征,建立了三轴分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,开展了轴向静载、围压和冲击载荷随机组合的动态冲击试验,研究了三轴煤体在冲击载荷下的动力学特性。实验结果表明:冲击载荷下三轴煤体动态应力应变曲线无压密阶段,轴向预静载有助于使煤体原生裂隙闭合,初始加载就表现出完整弹性体的特征;当应力达到峰值强度的60%~85%阶段时,应力应变曲线呈现“跃进”现象,可能与碳在晶体微破裂中的作用有关;当应力超过煤体动态强度,试样破坏,应力降低。冲击载荷下三轴煤体动态强度和破坏应变与平均应变率高度线性相关,应变率效应明显,应变率效应使得不同轴向静载、围压和冲击载荷因素对煤体动态强度和破坏应变的影响具有可比性。基于岩石力学强度理论和统计损伤理论,建立了冲击载荷下三轴煤体动态损伤本构模型,该模型综合考虑了轴向静载、围压和冲击载荷等因素,明确地反映了3种因素对煤体动力学特征的影响,轴向静载会劣化煤体,造成动态强度降低,围压和冲击载荷有助于提高煤体的动态强度,理论模型反映的特征与试验结果相吻合,并通过建立的本构模型和试验应力应变数据拟合了理论应力应变曲线,其与试验应力应变曲线基本重合,且应变率越高,一致性越好。

突出危险煤层微震区域动态监测技术

为弥补煤与瓦斯突出区域预测方法抽检、定点式指标存在的弊端,实现煤层突出危险性的区域连续监测,提出了突出危险煤层微震区域动态监测新方法,研究了微震监测技术实现区域监测的理论基础,建立了相应指标评价体系,并在突出矿井进行了应用试验。结果表明:利用微震频次指标、能量指标监测煤层采掘扰动、地质异常具有良好效果,利用震动波CT探测得出的区域应力场分布特征与理论分布相一致。这验证了微震监测技术实现突出危险煤层区域监测的可行性,为煤与瓦斯突出区域监测方法研究提供了新思路,可突破传统区域预测手段在时、空维度上的局限性,实现突出危险煤层区域动态、连续监测。

煤岩破坏电磁辐射定位技术方法

煤岩电磁辐射技术作为一种无损、实时、非接触、前兆性强的地球物理监测方法,在煤岩结构稳定性及应力状态评估、煤岩动力灾害监测预警中发挥了重要作用。然而,当前该技术主要通过电磁前兆信号时序变化预警煤岩动力灾害,不能实现对灾害孕灾区域的定位,无法指导防治措施精准实施,从而制约了该技术的发展应用。对此,围绕煤岩破坏电磁辐射定位技术方法开展了系统研究。基于磁性多层膜材料的隧道磁电阻效应,研发了新型电磁矢量传感器,传感器在三轴方向上具有显著的独立性,互不干扰,对夹角余弦的响应表现出高线性度,为煤岩破坏电磁辐射定位奠定了基础,揭示了煤岩破坏电磁辐射的矢量特性。三分量电磁信号在时域上同步到达,波形存在明显差异,频域上信号主频一致,幅频分布相似,可视为主破裂产生的电磁场在3个方向上的分量。基于煤岩破坏发生时电荷分离、运动的过程,建立了等效的电磁辐射场源模型和煤岩破坏电磁辐射定位方程,并进行了数值模拟和实验验证,定位效果理想。研究成果是煤岩电磁辐射监测技术领域的原始创新,初步将该技术从预测“危险是否会发生?”拓展到预测“危险将在何处发生?”。研究旨在推动煤矿动力灾害监测预警技术装备的升级与创新,为我国煤矿智能化发展提供支撑。

煤层突出危险微震区域探测技术研究

为解决煤与瓦斯突出矿井缺乏区域性在线探测预警技术问题,首先,将能反映矿井动、静载荷的微震(MS)技术应用于煤与瓦斯突出矿井,研究掘进诱发微震信号的时空演化特征;然后,基于震动波计算机断层扫描技术(CT),反演研究掘进工作面区域应力场分布特征,对比分析应力异常区与事故发生位置的空间关系;最后,探讨MS技术在突出矿井的应用前景。结果表明:突出矿井松软煤层MS事件主要分布在应力集中区、掘进扰动区及构造影响区;当掘进工作面逐渐临近地质构造时,MS能量、频次会逐渐增多;基于震动波速反演得到的区域应力场结果与实际的大巷上山、停采线及掘进面等引起的应力集中相符合;金佳矿突出危险事件位置与震动波CT探测的应力异常区具有很好的对应关系,在波速梯度变化大的位置更可能发生突出。

基于卷积神经网络的冲击地压预警方法研究

为探究深度学习在冲击地压预警方面的应用前景,以新疆某冲击地压矿井为研究背景,将深度学习和专家评判运用到微震数据分析中,基于卷积神经网络构建冲击地压预警模型。充分利用一维卷积神经网络对时序数据有较强特征提取能力的优势,以微震数据及其特征参数作为输入,以专家评判值作为标签,借助Python-Keras框架实现冲击地压预警模型的构建和训练。研究结果表明:模型预警效果并不随着训练迭代次数的增加而逐渐最优,存在最优迭代次数,对于所建模型当迭代次数为30时测试集的冲击危险预测结果与专家评判结果基本吻合,同时说明模型可以较好地学习专家评判经验实现冲击地压预警。研究表明所建模型对研究时段内发生的5次大能量矿震事件均进行预警,其准确度较高,具有现场实际应用价值。

煤化作用对煤微表面结构特性影响研究

为研究煤化作用对煤微结构特性影响,选取3种不同变质程度煤样,采用扫描电镜(SEM)研究其表面孔隙及形态分布特征;通过傅里叶红外光谱(FTIR)研究其表面官能团种类及其分布。当HP-SH煤样R0由0. 70%增大到2. 88%时,表面孔隙率分布范围为65. 29%~77. 07%,表面孔隙趋于粗糙、复杂化;各煤样极性官能团中含氧官能团相对含量逐渐增大,-O-的相对数量比为10. 1%~19. 25%,-OH的相对数量比为7. 16%~41. 79%,-COOH的相对数量比为52. 01%~51. 96%;芳香度和聚合程度也逐渐增大,芳香度为1. 09~1. 63,聚合度为0. 29~1. 58,煤样芳香结构参数与表面孔隙率呈线性关系。结果表明:煤化程度增高,煤样微表面官能团种类相似;官能团结构越复杂,微表面孔隙结构也越复杂,为微表面瓦斯提供赋存环境。

区域和局部突出危险性动态实时监测预警技术研究

为实现煤与瓦斯突出灾害的准确监测预警,将微震监测技术、震动波CT技术与声电瓦斯监测技术应用于煤与瓦斯突出矿井,分析了微震信号的时空演化特征规律,研究了震动波CT与应力异常、突出预兆、采掘工程的关系,深入挖掘了掘进期间的电磁辐射、声发射、瓦斯等监测数据的时空演化规律,建立了预警准则统一、预警指标统一、预警临界值统一的综合集成高可靠性预警方法,最终形成了逐级聚焦的突出危险区域-局部动态实时监测预警方法技术,并开展了煤岩动力灾害监测预警云平台的应用。结果表明:基于微震监测以及震动波速反演得到的区域应力场结果,可以预测采掘强扰动区、应力集中区,地质异常区共同组成的煤与瓦斯突出危险区,实现了突出危险区域预测;声发射12 h偏差值D_(A)、声发射偏离异常频次N、电磁辐射24 h偏差值D_(E)、电磁辐射偏离异常持续时间h、瓦斯涌出量Q、瓦斯涌出变化率I等指标对突出危险具有较好的响应,可进行局部突出危险预警。突出危险区域-局部动态实时监测预警技术首先通过微震动态监测区域动载扰动信息,结合震动波CT探测区域应力场的分布特征,初步划定突出危险煤层危险区域,随后集成电磁辐射、声发射、瓦斯等多参量综合监测实现突出危险的局部即时预警。

不同节理夹角煤单轴压缩力学和声发射响应及影响机制

煤岩的力学特性和声发射响应规律对冲击地压监测预警至关重要,为研究加载方向与节理面夹角(α)对煤样力学特性、裂纹扩展方式及声发射响应的影响,对不同加载方向与节理面夹角的煤样进行单轴压缩试验,并分析了力学和声发射信号响应规律。结果表明:加载方向与节理面夹角对煤样力学特性和声发射响应规律有显著影响。随α增大,峰值载荷和破坏时间均呈先微降后增大的趋势,峰后破坏时间从0°到30°出现陡降趋势。α≤45°煤样的应力-应变在峰值或峰值后出现震荡起伏现象,单轴抗压强度和应变量均小于α>45°的煤样。α>45°煤样的应力-应变曲线在峰值或峰值后无震荡起伏现象;α≤45°的煤样受力以平行节理面应力分量为主,更容易产生沿节理面的滑移破坏,振铃累计值陡增和大能量声发射信号主要集中在峰后阶段,声发射信号与应力降具有很高的相关性。α>45°的煤样受力以垂直节理面应力分量为主,更容易产生挤压摩擦破坏,在应力稳定上升阶段就伴随着大量的声发射信号,大能量声发射信号主要集中在峰前阶段;随α增大,煤样表现出的冲击倾向性越强,声发射信号以45°为界表现出不同的峰前峰后特征。因此,鉴定煤冲击倾向性和利用声发射进行冲击地压监测预警时,需充分考虑煤层节理面与现场受力情况。

基于瓦斯实时监测的炮掘工作面爆破自动识别与突出危险性预测

为实现应用炮掘工作面炮后瓦斯实时监测数据进行突出危险性动态预测的目标,提出了一种应用一阶差分、卷积运算和MATLAB中的findpeaks函数,自动识别瓦斯体积分数监测曲线中爆破事件的方法,应用提出的自动识别方法,对某炮掘工作面的爆破事件进行了自动识别与提取,并对识别结果进行了评价;基于爆破识别与提取的结果,分析了炮后瓦斯体积分数变化特征,计算了炮后瓦斯体积分数增长速率、峰值和衰减速率3个指标与K1值的相关性,据此建立了炮掘工作面突出危险性预测模型,并将模型应用于另一炮掘工作面,对工作面前方的突出危险性进行预测。研究结果表明:提出的自动识别方法实现了对爆破时刻、爆破时的瓦斯体积分数、炮后瓦斯体积分数峰值及其时刻的自动识别与提取,识别爆破事件的召回率平均为84.13%、精准率平均为77.21%,提取出的炮后瓦斯体积分数峰值和爆破时刻的平均绝对误差分别为0.0189%和2.3237 min;炮后瓦斯体积分数增长速率、峰值、衰减速率都与K1值强相关,相关系数分别为0.85、0.92、0.79;应用建立的突出危险性预测模型,成功地预测出了25次喷孔事件和1次小型压出事件,预报效能为60.48%。研究结果可作为现有突出预测方法的补充,辅助钻屑瓦斯解吸指标K1值进行突出危险性预测,并可为炮掘工作面瓦斯异常识别及突出危险性预测提供指导。

煤层CO_(2)安全封存研究进展与展望

以CO_(2)地质封存为代表的负碳排放技术是实现我国碳达峰、碳中和战略目标的重要途径。煤层CO_(2)封存成本低,同时可实现煤层气高效采收,符合国家绿色发展理念。尽早布局煤层CO_(2)封存安全研究是保障我国碳达峰、碳中和目标的战略要求。对煤层CO_(2)封存技术发展现状和安全问题进行了梳理和分析,当前煤层CO_(2)封存仍处于示范阶段,规模化推广应用尚未实现。煤层CO_(2)封存安全性主要受封存地质体结构、地质灾害、工程扰动等因素影响,现有安全监测方法多以CO_(2)泄漏产生的某些环境效应为监测对象,缺乏对封存地质体自身安全性的监测。煤层碳封存全生命周期安全性存在诸多研究空白,严重制约着我国煤层CO_(2)封存技术的发展。针对现存问题,总结提出了应对煤层CO_(2)封存安全的4项关键技术,即煤层安全储碳机理与主控因素、煤层碳封存风险探测与安全评价方法、煤层碳封存全生命周期安全监测预警技术以及煤层碳封存风险应对与应急处置规范。通过上述4个方面的研究,有望构建煤层碳封存科学选址、安全监测预警以及规范应急全流程理论与技术方法体系,为我国煤层碳封存商业化、规模化奠定理论与技术基础。

Infrared measurement of temperature field in coal gas desorption

In order to reveal the temperature change in coal gas desorption process,the temperature variation in coal gas desorption process under different particle sizes is analyzed with infrared thermal imager.The infrared video signals obtained by the experiment are processed with SAT.Then the infrared radiation signals are processed by EMD with Hilbert–Huang and the infrared radiation noise is effectively removed.The research results show that the desorption process,with the change of the temperature,is an endothermic process.The coal absorbs heat when the gas is desorbed and the temperature drops.The coal body temperature drop range is obviously related to coal particle size.The smaller the particle size is,the bigger the temperature drop becomes.The temperature variation curves in the process of coal gas desorption under different particle sizes are fitted,and they comply with the exponential function.The research results lay the theoretical and experimental foundation for non-contact prediction on working face of coal and gas outburst with infrared thermal image technology.

冲击倾向性煤不同损伤程度声发射分形特征研究

为研究冲击倾向性煤单轴压缩过程中不同损伤程度声发射分形特征,对冲击倾向性煤进行了单轴压缩试验,基于声发射振铃次数损伤模型和声发射参数时间序列分形维数计算模型,对煤样破坏过程中的损伤演化和不同损伤程度分形维数进行了研究。研究表明:煤样有大破裂产生时,声发射会出现阶段性增高的现象,较大振铃次数的产生是裂纹扩展、集聚过程中能量释放的结果,冲击煤声发射活动频发大都发生在应力应变全过程的后期;煤样的损伤应变过程可分为3个阶段:初始损伤阶段,损伤演化阶段、损伤持续增长阶段,各阶段的声发射振铃次数占比分别为1.61%、14.83%、83.56%,冲击煤损伤持续增长阶段的时间占比少,但声发射振铃多。随着煤样损伤程度的增加,声发射分形维数先增大,当煤样损伤程度达到30%后突然下降,然后保持波动上升,在煤样损伤程度达到80%时,达到局部峰值后,发生突降,整体变化趋势呈现倾斜的“M”型。分形维数达到峰值后发生突降的现象可作为煤样失稳破坏的前兆信息。

不同变质程度煤岩微表面电性特征

为进一步研究煤岩电磁辐射产生机理,通过原子力显微镜研究了不同变质程度煤岩微表面电势及电荷密度等电性参数的变化规律,将煤岩表面微观电性特征研究推进到微纳米尺度。结果表明:煤体表面在细观或宏观统计层面上显弱电性或电中性,但在纳米尺度下对外显示一定的电性特征;计算得到了煤体表面电荷密度,不同煤样的表面电荷密度差异明显,在79. 95～312. 97μC/m2变化;煤的变质程度对表面电性参数存在重要影响:随变质程度的升高,煤表面负电势经历了先缓慢下降又快速升高的变化趋势,表面电荷密度呈现出先减小后增大的"V"型曲线变化。研究煤岩微结构的电性特征,对从微观层面进一步揭示煤岩电磁辐射机理、瓦斯吸附和解吸过程,乃至煤岩物质特性等具有重要意义。