突出危险煤层区域应力场CT探测及多参量集成预警技术研究

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煤与瓦斯突出是我国煤矿开采过程中的主要动力灾害之一。可靠的监测预警是防治煤与瓦斯突出灾害的关键。动载应力、静载应力及瓦斯压力是煤与瓦斯突出发生的动力来源,在煤与瓦斯突出监测预警研究过程中应予以重视。基于此,本文实验研究了突出煤岩受载破裂过程纵波波速、电磁辐射、声发射等多参量响应特征,提出了适用于突出危险煤层的区域微震及震动波CT探测技术方法,构建了突出危险局部重点区的声电瓦斯多参量集成预警模型,最终形成了突出危险煤层区域应力场CT探测与多参量集成预警技术,并进行了现场应用验证。实验研究了含瓦斯突出煤岩受载破裂过程的纵波波速响应特征,建立了适用于突出危险煤层的区域微震及震动波CT探测技术方法,并进行了现场实测研究。结果表明,瓦斯压力对纵波波速的影响较小,瓦斯压力对纵波波速的影响约占应力对纵波波速影响的10%;突出煤岩试样受载过程应力与纵波波速间具有VP=η(σ)ξ形式的幂函数关系,基于此构建了突出煤岩受载应力与纵波波速的耦合关系模型,基于耦合模型探测得到的区域应力场分布特征与理论相一致,并利用便携式电磁辐射仪对比验证了区域应力场CT探测结果的可靠性与准确性,发现了突出危险区与应力集中区空间位置相吻合,这对利用微震及震动波CT技术探测突出危险区的可行性提供了实例验证。实验研究了突出煤岩破裂前电磁辐射、声发射等参量的前兆响应规律,建立了突出危险局部重点区的声电瓦斯多参量集成预警方法,并进行了现场实测研究。结果表明:声发射、电磁辐射与煤岩试样受载应力大小成正相关关系,声发射、电磁辐射信号在时间上具有很好的一致性,强度并不严格呈正相关关系,具有一定差异性;研究提出了声电信号的偏差值处理方法,研究得到了偏差值指标、偏差异常持续时间、异常频次等指标对突出危险前兆响应明显。研究并建立了突出危险煤层多参量集成探测预警指标体系,构建了突出危险微震动态监测与区域探测模型、局部声电瓦斯多参量集成预警模型。应用结果表明:突出煤层区域微震及震动波CT探测新方法能够有效的探测突出危险重点区;声电瓦斯等多参量集成预警技术则对突出危险事件能够及时做出预警,解决了单参量预警结果不一致的问题,提高了突出危险的预警可靠性及灾害防治的针对性。研究成果实现了突出危险的区域-局部集成探测预警,为突出危险煤层监测预警提供了一种系统性的探测预警新方法,为突出危险煤层的安全开采提供了技术保障。该论文有图105幅,表21个,参考文献202篇。
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