含瓦斯煤巖沖擊破壞前兆及多信息融合預警研究.pdf

1、隨著煤礦開采深度的增加和開采強度加大,高應力、高瓦斯使得沖擊地壓的發(fā)生日趨嚴重和復雜。針對含瓦斯煤層,考慮瓦斯對煤層沖擊地壓的作用機制,將瓦斯與應力、聲電、微震等指標相結合實現有效融合預警,對于揭示含瓦斯煤層沖擊地壓機理、完善礦井沖擊地壓預防技術具有重要的理論和現實意義?；诖?本文建立了含瓦斯煤巖受載破壞前兆信息三軸實驗系統(tǒng),實現了含瓦斯煤受載破壞過程中的電磁輻射、聲發(fā)射、瓦斯等參數的實時同步測試分析;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、采動應力的前兆信息特征;建立了基于D-S證據理論的含瓦斯煤層沖擊多前兆信息融合預警模型和方法,并進行了現場驗證及應用。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驗系統(tǒng),可實現不同圍壓、不同瓦斯壓力條件下煤巖受載破壞聲電、瓦斯、應力、應變等參數的實時同步測試;實驗研究了不同圍壓條件下煤巖破壞的力學特征和聲電、瓦斯等參數的變化

3、規(guī)律。研究結果表明: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突然增大的現象。
　　(2)基于聲電特性參數建立了考慮殘余強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關系。
　　(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在

4、機制,并提出瓦斯可作為含瓦斯煤層沖擊失穩(wěn)的一種預警指標;結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)和采動應力等監(jiān)測數據,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規(guī)律建立了含瓦斯煤層沖擊地壓預警指標體系,確定了預警指標的臨界值計算方法,提出了基于D-S證據理論的信息融合預警模型及方法,并進行了現場驗證及應用,結果表明:隨著沖擊事件時間的臨近,沖擊危險程度呈現由無到中再到高的變化趨勢