综采工作面煤岩介质雷达超前识别方法研究

煤岩介质识别是采煤机智能化关键技术之一。基于雷达实时性高、适用范围广、非接触性等优点,提出了综采工作面煤岩介质雷达识别方法,并确定了雷达天线的安装位置,区别于综采工作面剩余煤层厚度雷达测量方法,可实现综采工作面煤岩介质的超前动态识别,为采煤机截割滚筒的自主调高和调速提供科学依据。首先,根据空气-煤壁界面处反射波振幅与介质相对介电常数的数学表达式,提出通过对比分析空气-煤壁界面反射波的响应振幅,可以实现综采工作面煤岩介质的识别。然后,设计一维层状介质正演模型,选择400 MHz布莱克曼-哈里斯脉冲作为激励源,引入一阶Mur吸收边界条件,并通过计算正演模型中不同界面深度,验证模拟结果的准确性,模拟结果显示,空气-煤层和空气-岩层界面处反射波振幅分别为19.84和31.43,二者相差1.58倍,通过雷达单道图中界面处响应振幅分析,可以实现煤岩介质识别。最后,选用井下大块原煤和矸石试块进行雷达扫描试验,同一增益下空气-原煤界面与空气-矸石界面雷达波形图响应振幅分别为7092和15029,二者相差2.12倍。以上研究说明,在同一探测环境下,空气-岩层界面反射波振幅远大于空气-煤层界面,通过分析空气-煤壁界面反射波振幅差异可以实现煤岩介质的超前识别。

煤矿深部开采卸荷消能与煤岩介质属性改造协同防突机理

由于煤矿深部煤岩体物性、应力、瓦斯等因素显著改变,出现了应力主导型突出、低瓦斯压力突出等新的灾害特征。为了更好地指导煤矿深部突出防治工作,基于煤与瓦斯突出关键结构体致灾理论,结合所建立的易突出构造煤体渗透率演化理论模型,揭示了煤矿深部开采卸荷消能与煤岩介质属性改造协同防突机理。研究表明:煤与瓦斯突出灾害防控的核心是高效抽采瓦斯,其关键是设法降低地应力;降低易突出构造煤体所受地应力大小,可起到降低弹性潜能、提升煤层渗透率、促进瓦斯高效抽采、降低瓦斯内能等多重效应;煤矿深部开采煤与瓦斯突出灾害防控应因地施策,从卸荷消能和煤岩介质属性改造两方面着手,重点区域在采用卸压增透和瓦斯抽采措施后,还可采取一些提高煤体强度、抑制瓦斯解吸等改性措施,确保煤矿深部采掘作业的安全。

不同浸水作用下煤岩损伤及力学性质劣化规律

本文以宁夏煤业的灵新矿的煤样为研究对象,设置煤样含水率、干湿循环次数、高盐矿井水矿化度3个变量,系统研究煤样无损吸水特性及不同浸水作用下煤样的力学性质损伤规律。并结合声发射试验获得的特征参数,量化抗压强度和弹性模量与不同含水率、不同干湿循环次数、不同矿化度间的定量关系,分析不同变量下的煤样破坏特征及裂隙发育演化过程。结果表明:含水煤样的抗压强度及弹性模量与含水率和矿化度呈线性递减关系,与干湿循环次数呈指数递减关系;随煤样含水状态(含水率、干湿循环次数)的提高,煤样内部剪切裂隙的占比逐渐增加,之后增加幅度较小;三者对煤岩介质的力学性质都存在劣化作用。煤岩介质的浸水试验有效揭示了不同浸水条件的“水-岩”耦合作用下煤岩介质的损伤破坏机理,为确保地下水库煤柱坝体稳定性研究提供有效的参考,同时可以为解决煤炭开采过程中所产生矿井水难以有效储存和利用以及大量水资源损失等问题提供有效思路。

煤岩介质在太赫兹频段的介电特性研究

为了研究煤岩介质在太赫兹频段下的介电特性,采用太赫兹时域光谱技术对煤岩介质进行了测试.研究了基于平面煤层模型的煤岩介质吸收系数、折射率、复介电常数和复电导率等物理参数随频率变化的关系,认为在太赫兹频段,岩壁的反射特性、电磁波的勘探能力以及其在井下的传播特性将发生较大改变.结果表明:当样本厚度为3mm时,煤岩太赫兹频谱的有效带宽分别为1.2THz和1.4THz.在有效带宽范围内,煤岩介质呈现出高衰减性,无明显吸收峰,其折射率、复介电常数、电导率实部和损耗角正切无较大变化.将上述数据与兆赫兹频段的煤岩电参数进行比较,岩的介电常数、煤岩的电导率和衰减系数发生了较大变化.运用德拜模型对实验数据进行验证和解释,在3阶德拜模型下,计算值可以很好的与理论值相吻合.

煤岩多孔介质及其充瓦斯后的电特性研究

电性质是煤岩的重要物理性质。开展煤岩多孔介质及其充瓦斯后电性质的研究,对煤与瓦斯动力灾害的有效预防及煤层气的勘探开发具有重要的意义。研究了煤岩多孔介质及其充瓦斯后的交流导电性。研究表明:煤岩多孔介质电导率随瓦斯压力的增大而增大,不含瓦斯时的电导率明显低于含瓦斯时的电导率;无论是否含瓦斯,电导率都随温度的升高而增大,并且相同条件下,含瓦斯比不含瓦斯的电导率要大;电导率与外加电压无关;随着频率的增大,电导率也相应增大,煤的交变电导率与频率间存在分形关系。

“电磁场理论”课程教学中两个实例的应用

“电磁场理论”课程是信息工程专业和电气工程及自动化专业的一门重要的专业基础课,该课程是有名的难学课程,学生在学习的过程中畏难情绪大,没有积极性。为激发学生学习“电磁场理论”课程的兴趣,提高教学效果,在授课过程中增加电磁场的应用实例是有效的手段。本文给出了教学过程中引用的两个实例:用介质中电磁波传播理论,分析了矿井煤岩介质中电磁波的传播特性,给出了有用的结论,使学生看到了电磁场理论的应用前景,提高了学习的兴趣,收到了很好的效果。

采动微地震波传播与衰减特性研究

为分析采动地震波煤岩响应及其波场特性,构建顶板岩层和煤层2种传播介质接收采动地震波的多通道微震监测系统,研究2种介质采动地震波的传播和衰减特征。研究结果表明:顶板岩层接收到采动地震波的平均波速、加速度均高于煤层,2种介质中的地震波加速度均与爆破装药量成正相关,与传播距离、介质密度负相关。采动微地震波能量、信号时长随传播距离分别呈指数、线性衰减,近爆心处煤层传播微地震波能量、信号时长均高于顶板,超过一定距离后顶板高于煤层;采动微地震波传播距离有限,顶板的有效传播距离高于煤层,地震波有效传播距离与爆破装药量线性正相关。采动地震波低频部分的品质因子高于高频部分,顶板岩层的品质因子高于煤层。研究成果有助于地震波传播介质选取、检波器布设优化。

煤柱中部弹性区的临界宽度

根据支承压力在煤柱上的分布规律 ,考虑到煤岩类介质的屈服受体积应力的影响 ,运用广义米赛斯准则推导出了煤柱中部弹性区的临界宽度公式 ,并通过实例验证了前人留设的宽度 ( 2 M)大于临界宽度 。