含瓦斯煤巖沖擊破壞前兆及多信息融合預(yù)警研究.pdf

1、隨著煤礦開采深度的增加和開采強(qiáng)度加大,高應(yīng)力、高瓦斯使得沖擊地壓的發(fā)生日趨嚴(yán)重和復(fù)雜。針對含瓦斯煤層,考慮瓦斯對煤層沖擊地壓的作用機(jī)制,將瓦斯與應(yīng)力、聲電、微震等指標(biāo)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)有效融合預(yù)警,對于揭示含瓦斯煤層沖擊地壓機(jī)理、完善礦井沖擊地壓預(yù)防技術(shù)具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義?；诖?本文建立了含瓦斯煤巖受載破壞前兆信息三軸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了含瓦斯煤受載破壞過程中的電磁輻射、聲發(fā)射、瓦斯等參數(shù)的實(shí)時同步測試分析;分析了含瓦斯煤層沖擊地壓演化過程

2、的瓦斯涌出規(guī)律,研究了含瓦斯煤層沖擊地壓過程的電磁輻射、微震(聲發(fā)射)、瓦斯、采動應(yīng)力的前兆信息特征;建立了基于D-S證據(jù)理論的含瓦斯煤層沖擊多前兆信息融合預(yù)警模型和方法,并進(jìn)行了現(xiàn)場驗(yàn)證及應(yīng)用。主要取得了以下研究成果:
　　(1)建立了含瓦斯煤巖受載破壞前兆信息三軸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)不同圍壓、不同瓦斯壓力條件下煤巖受載破壞聲電、瓦斯、應(yīng)力、應(yīng)變等參數(shù)的實(shí)時同步測試;實(shí)驗(yàn)研究了不同圍壓條件下煤巖破壞的力學(xué)特征和聲電、瓦斯等參數(shù)的變化

3、規(guī)律。研究結(jié)果表明:煤樣破壞載荷隨著瓦斯壓力的增大而減小,隨著圍壓升高而增大;聲電信號隨著載荷的增大而不斷增多,信號強(qiáng)度不斷增大;試樣加載至峰值破壞時,瓦斯壓力和排放量出現(xiàn)突然增大的現(xiàn)象。
　　(2)基于聲電特性參數(shù)建立了考慮殘余強(qiáng)度的煤巖損傷演化模型,通過模型研究了聲電信號變化規(guī)律與煤巖受載破壞程度的對應(yīng)關(guān)系。
　　(3)建立了考慮瓦斯吸附膨脹的煤巖滲透-損傷耦合演化模型,依此揭示了含瓦斯煤層沖擊失穩(wěn)過程瓦斯涌出異常的內(nèi)在

4、機(jī)制,并提出瓦斯可作為含瓦斯煤層沖擊失穩(wěn)的一種預(yù)警指標(biāo);結(jié)合含瓦斯煤層沖擊地壓的瓦斯涌出、電磁輻射、微震(聲發(fā)射)和采動應(yīng)力等監(jiān)測數(shù)據(jù),揭示了煤礦含瓦斯煤層沖擊失穩(wěn)的前兆信息特征。
　　(4)基于多種信號前兆響應(yīng)規(guī)律建立了含瓦斯煤層沖擊地壓預(yù)警指標(biāo)體系,確定了預(yù)警指標(biāo)的臨界值計(jì)算方法,提出了基于D-S證據(jù)理論的信息融合預(yù)警模型及方法,并進(jìn)行了現(xiàn)場驗(yàn)證及應(yīng)用,結(jié)果表明:隨著沖擊事件時間的臨近,沖擊危險程度呈現(xiàn)由無到中再到高的變化趨勢