基于HHT法的煤冲击破坏SHPB测试信号去噪

针对分离式霍普金森杆(SHPB)测试信号的高噪声、持时短、突变快等特点,利用希尔伯特-黄变换(HHT)分析技术对煤冲击破坏的测试信号进行去噪处理。用经验模式分解法(EMD)分解实测的煤冲击破坏SHPB测试信号,可以得到各固有模态函数(IMF)分量及其频谱和各IMF分量的能量百分比,从而利用低通滤波将原始信号中的高频噪声有效的分离出去。利用快速傅里叶变换(FFT)频谱和Morlet小波时频谱对比分析去噪前后信号的特征,定性的说明HHT法可以用于煤冲击破坏SHPB信号的去噪处理。通过计算去噪后信号的信噪比和能量百分比,定量的说明HHT法充分保留了煤冲击破坏SHPB信号本身的瞬态非平稳特征,去噪效果显著,方法简捷,结果可靠。

煤冲击破坏过程中的近距离瞬变磁场变化特征研究

通过分离式霍普金森杆动载实验装置和ZDKT-1型瞬变磁振测试系统,研究冲击速度为4.174～17.652 m/s条件下的煤冲击破坏过程中动力学特性和瞬变磁场变化特征。分别采用一维应力波理论和希尔伯特-黄变换对煤冲击过程中的应变信号和瞬变磁场变化信号进行分析研究。研究结果表明:(1)在一定应变率范围内随着应变率的增加,煤材料的动态响应由硬化向软化过渡;(2)煤动载冲击破坏过程中距离煤样4 cm处的区域内磁场发生明显变化,通过整体经验模式分解(EEMD)法分析发现,其持续时间小于2 s,频率为0～40 Hz;(3)煤冲击破坏过程中瞬变磁场变化信号曲线表现为直线上升,指数下降,末尾小幅振荡的特征;(4)煤的冲击破坏过程中瞬变磁场变化信号幅值,随着冲击速度、平均应变率、最大应变率、断裂应力极限值的增大均出现增大趋势,随着破坏应变的增加而减小,但实验数据的离散性较大。

基于施-Kojovic模型的煤冲击破碎试验研究

介绍了用于模拟矿物单位破碎能量与粒度减小程度之间关系的施-Kojovic模型,并用该模型对3种澳大利亚煤样的落重锤破碎、旋转破碎和床层破碎等3种冲击破碎方式进行了试验研究。结果表明,施-Kojovic模型能够很好地模拟煤的多种冲击破碎过程,其决定系数R2平均值可达0.975。在床层破碎中,使煤发生破碎首先需要克服平均为253.20 J/kg的最小单位破碎能量,而在其他2种破碎方式下,最小单位破碎能量的值可以忽略不计。冲击破碎中煤样所能达到的最大粒度减小程度和破碎效率与其破碎方式有关,两者由大到小的顺序均为旋转破碎、落重锤破碎和床层破碎。另外,受高灰矿物质助磨作用的影响,在床层破碎中同一种煤的硬度随灰分的增高而减小。

基于HHT法的煤冲击破坏低频电磁信号去噪

针对煤冲击破坏低频磁场信号的高噪声、非线性、非平稳等特征，将HHT时频分析方法引入到低频磁场信号的时频分析中，介绍了HHT时频分析方法及原理，利用该方法对煤冲击破坏低频磁场信号进行去噪分析和时频处理。研究结果表明： EMD分解重构不但可对信号进行去噪处理，还能很好地刻画出低频电磁信号的非线性、非平稳性及脉冲特性；低频磁场信号的频谱图可清晰表示出能量随时间和频率的动态变化，从频谱图中得出，低频磁场信号的优势频率在0～40 Hz之间，其持续时间小于2 s；与傅里叶变换和小波分析相比， HHT分析方法的时间、频率分辨率较高，有完全的时频局部性，可很好地描述电磁信号的时变特征，是电磁信号时频分析的有效方法。

带式输送机转载点缓冲击及降尘装置研究

为提高带式输送机运输效率及运行可靠性,针对带式输送机转载点存在的煤矸冲击、粉尘质量浓度大等问题,以3203运输巷DTL 100/80/315型带式输送机为研究对象,构建了转载点缓冲击及降尘装置并进行工程应用。对转载点缓冲击及降尘装置结构组成、运行原理及工程应用效果等进行了详细分析。现场应用后,转载点缓冲击及降尘装置可将转载后煤矸与下部带式输送机间速度差控制在-0.2~0.2 m/s间,从而起到缓冲、降低煤矸冲击影响的作用;由于转载点缓冲击及降尘装置密闭结构同时使用吸风机、喷雾系统降尘,可改善转载点环境质量。现场应用后,3203运输巷与2采区带式输送机转载点位置煤矸冲击、粉尘质量浓度高的问题基本解决,显著提高了采煤工作面煤炭运输效率及安全生产保障能力。

煤的冲击倾向性研究进展及冲击地压“人-煤-环”三要素机理

煤的冲击倾向性是冲击地压机理的基础研究问题之一,也是目前评估和预测煤矿冲击地压危险程度的主要依据之一。系统梳理了煤的冲击倾向性专业术语和冲击倾向性指数的研究历史,提出了煤的冲击倾向性直接指数和间接指数的概念和定义。对现有的16种冲击倾向性指数的出处、定义、表征符号、计算公式、试验过程、分类标准等进行了详细介绍。对来自5个煤矿的30个煤样进行了单轴压缩试验,利用试验结果对16种冲击倾向性指数进行了计算,获得了具体的冲击倾向性类别。为了对煤的16种冲击倾向性指数的判别结果进行统一验证,根据煤样破坏过程和破坏状态,提出了基于试验现象的煤样冲击倾向性定性判据及分类标准。通过统一对比,结果表明剩余弹性能指数判别结果和定性判据判别结果完全一致。剩余弹性能指数以煤线性储能规律为基础,从煤样受力全过程中能量输入、储存、消耗、剩余的角度出发,以煤样破坏时剩余的绝对能量值作为判别指标,符合冲击地压发生时释放弹性应变能的本质。剩余弹性能指数属于煤的冲击倾向性直接指数,所得结果实现了和定性判别结果的相互验证和统一,具有科学性与适用性。根据冲击地压属于深部工程地质灾害的特点,借鉴系统工程学思想提出了冲击地压“人-煤-环”三要素机理,进一步明确了煤的冲击倾向性研究所起的作用和地位。从力学性质和材料性质2个方面分析了煤和岩石的本质属性差异,认为冲击地压属于固体可燃有机岩动力破坏,而岩爆属于固体不可燃无机岩动力破坏。最后,提出了煤的冲击倾向性指数研究中存在的6个关键科学问题。

冲击倾向煤破坏断口微观特征及其机理研究

运用扫描电镜观测了冲击倾向煤破坏断口的微观形貌,分析了煤体受载破坏断面的裂纹、孔隙等缺陷特征及裂纹扩展特征,探讨了煤样破坏裂纹扩展途径及其微观断裂机理.结果表明,冲击倾向煤内部含有大量的孔隙裂隙,在其受载破坏过程中,这些孔隙裂隙均充当了Griffith缺陷,促使大量新裂纹生成和煤样发生破坏.煤样中大量的尖锐孔隙及张性裂隙的微观断面特征表现出冲击倾向煤的脆性特征.由于煤的非均质性及煤样内部应力分布的非均衡性,其裂纹扩展也是不均匀、间歇式的,且裂纹的扩展路线也是曲折的,扩展过程中往往产生分岔、拐折等现象.孔隙、裂纹在应力作用下分岔、扩展、汇合贯通是导致煤体宏观断裂的直接原因.

冲击破煤机理的初步探讨

介绍了一种全新的破煤方式——冲击式破煤及其工程背景，分析了回采工作面煤壁的物理及力学特性，进而提出了冲击式破煤的物理模型，并对冲击破煤机理进行了初步的探讨。

冲击破煤参数的研究

依据煤体中冲击应力波的传播规律 ,对冲击式采煤机的冲劈厚度、刀齿密度、冲击频率、刀齿强度等参数之间的函数关系 ,以及同煤炭本身物理力学性质之间的关系进行了研究。为改进和推广现有的冲击式采煤机提供了必要的理论依据。

循环加载下冲击倾向性煤能量耗散与损伤演化研究

为研究强冲击倾向性煤在多级循环加载条件下的能量耗散特征及损伤演化过程,在实验室开展了陕西某矿煤样的多级循环加载试验,试验研究结果表明:在多级应力循环下煤样的耗散能先迅速降低,后缓慢增加,当循环上限应力达到63%破坏载荷时,耗散能开始急剧增加;而能量耗散率先迅速降低,后逐渐稳定;煤样加卸载阶段弹性模量均有增大趋势,加载阶段弹性模量先迅速增大,后缓慢增加,而卸载阶段弹性模量变化较为平稳。采用累积耗散能定义循环加载中试件的损伤变量,并建立煤样损伤演化方程,通过试验和数值计算测定各个参数。理论和试验研究表明,基于能量耗散分析建立的冲击倾向性煤损伤演化方程能够较好反映煤样的损伤演化过程。

冲击式采煤机冲击参数研究

依据煤体中冲击应力波的传播规律理论 ,利用冲击动力学、弹塑性理论、岩石破碎学的知识 ,对冲击式采煤机的冲壁厚度、刀齿密度、冲击频率、刀齿强度等参数之间的函数关系 ,以及同煤炭本身物理力学性质之间的关系进行研究。为改进和推广现有冲击式采煤机提供了必要的理论依据。

煤体冲击破碎试验参数k值的实验研究

为量化k值的范围,确定煤样受冲击后破碎成小粒径需要多少消耗能,本文对5种不同硬度的块煤在不同冲击能量下进行破碎实验,基于新表面说公式A=k(1/d-1/D),探讨k值与坚固性系数值、破碎比功的关系。实验结果表明:坚固性系数为0.36~2.82的煤样的k值范围是174.43~1547.08 J·mm;k值与坚固性系数值呈良好的线性关系且随着单位质量煤的破碎功成倍增加,k值缓慢增加,取均值后拟合公式为k_(1)=487.2f+9.2214(线性拟合度为99.93%)。k_(1)值与破碎比功拟合结果说明:k值与破碎比功呈现良好的线性关系(线性拟合度为99.84%),拟合公式为k_(2)=5.1695w-27.645。可见k值可以反映煤抵抗外力破碎的难易程度,是煤抵抗外力的重要指标。

动静组合加载下冲击倾向性煤声发射特性试验研究

采用DTAW-8000型岩石高压动力学试验系统及声发射技术,通过施加不同动载扰动频率的单轴压缩试验,研究了冲击倾向性煤在动静组合加载下的破裂特征与声发射特性参数的关系、分析了冲击倾向性煤受压损伤全过程并建立了损伤演化模型。研究表明:动载扰动频率增强,冲击倾向性煤岩主破裂角呈现先减小后增大的变化趋势,且应力、应变均呈降幅现象;冲击倾向性煤岩内部裂缝的发育、扩展过程与声发射信号紧密相关,煤岩受压全过程的声发射振铃累计数变化趋势可大致分为稳定阶段、突增阶段和缓慢增长直至破坏阶段;煤岩损伤演化模型趋势与试验数据趋势一致;动载扰动频率是煤岩损伤的缓增-急速增长阶段影响煤岩破裂时程的主要因素。

强冲击厚煤层底煤卸压工艺

该文着重论述强冲击厚煤层丢底煤巷道的底煤卸压工艺,爆破卸压和钻孔卸压的效果比较、利弊分析,以及卸压工艺的选择。

厚煤层掘进工作面强震动诱发底煤卸压失效机理研究

针对厚煤层掘进工作面底煤爆破断底卸压后仍发生冲击地压的现象,以新疆硫磺沟煤矿厚煤层掘进工作面为工程背景,采用现场调研、理论分析、数值模拟等方法,对厚煤层掘进工作面强震动诱发底煤卸压失效机理进行研究。研究结果表明:由于掘进导致围岩卸荷过程中煤体剪切破坏产生强烈震动,震动波能量主要被松散底煤吸收,最终导致底煤发生冲击;提出了强震动诱发底煤卸压失效的能量判据,基于此计算得到硫磺沟煤矿厚煤层掘进工作面底煤抛出高度=1.26 m,验证了理论分析的准确性,同时得到卸压底煤冲击的临界震源能量hc=13.7 k J;最后通过FLAC3D模拟了不同震源能量对卸压底煤的扰动效应,得到当震源总能量为22, 32, 42 k J时,底煤最大垂直速度分别为4.32, 6.91, 16.65 m/s,底煤最大位移量分别为0.11, 0.57, 1.40 m;底煤垂直速度随着震源总能量的增加不断增大,随着动载作用时间的增加呈现先迅速增大后迅速减小最后衰减为零的趋势;底煤位移随着震源总能量的增加而增大,随着动载作用时间的增加其增大趋势逐渐变缓,在动载作用时间为3/5个周期时达到最大值,辅助验证了理论分析的准确性。

冲击破煤过程中能量耗散的理论分析

介绍了能量在冲击式破煤过程中的产生、传递和耗散过程以及能量最终的分布范围;运用应力波的方法分析了应力波在煤体中传播过程,并得出能量在衰减过程中衰减率的计算方法;还分析了剥落厚度的计算方法,并得出正弦应力波在煤体中传播时的冲劈厚度和最大煤块尺寸的关系;根据冲击规律和能量的传递特征对能量的传递过程进行了分析,并求出冲击消耗能量和最小散逸能之间的关系,指出了要使煤块破碎必须满足冲击消耗能量要大于最小散逸能。

冲击破煤理论中冲劈厚度的动力学分析

叙述了冲击破煤的动力学模型 ,在此基础上介绍了冲劈厚度动力学方面的合理确定 。

冲击破煤时煤岩中应力场变化的实验分析

冲击破煤是一个动力学过程 ,冲击的一瞬间在煤体中诱发压应力场和拉应力场 ,文中通过相似模拟试验得到冲击瞬间煤体中质点的拉应力峰值和该质点到冲击作用点距离的数据 。

煤价波动冲击下电力交易价格机制浅析

绿色可持续发展是未来经济发展的必然趋势,在我国“富煤贫油少气”的资源禀赋下,煤价波动对电力市场交易价格的影响作用不可忽视。本文主要通过辨析“双碳”发展目标下煤电定位和明确煤价波动向电力传导的价格机理,解剖计及煤价冲击下电力交易价格机制设计关键,将“计划电”按照成本从高到低分配给满足碳排放标准的火电机组,有序推进火电机组平均发电成本下降,剩余增量电力进入市场与可再生能源竞争,刺激火电机组发挥边际成本递减规律竞价上网,“主动”消纳煤价冲击影响。

高应力区分层开采冲击地压事故发生机理研究

以某矿厚硬顶板条件下特厚煤层上分层开采发生的巷道与工作面同时冲击的事故为背景,研究事故发生的机理与治理方法。研究表明:引起事故的主要力源来自上层煤煤柱、不等宽区段煤柱、巨厚坚硬顶板和大断层等形成的集中应力;主要冲击灾害体是巷道和工作面内的底煤;底煤发生冲击的主要力学机理是底煤在水平应力突变条件下发生屈曲破坏,并在垂直应力作用下发生冲击性滑移。提出了上层煤柱对下层煤采动影响范围与冲击危险范围的评估方法,为制定恢复生产方案提供了科学依据。根据发生事故的机理,制定并实施了恢复生产的方案,通过实施危险区卸压措施和建立冲击危险实时监测预警体系,工作面恢复了生产,保障了安全开采。