發(fā)布時間：2020-10-31 06:57

　　 煤與瓦斯突出是煤礦生產(chǎn)中危害巨大的一種動力災(zāi)害,會造成慘重的人員傷亡和財產(chǎn)損失。如何有效預(yù)警煤與瓦斯突出,已成為遏制煤礦安全生產(chǎn)亟須攻關(guān)的難點之一。電磁輻射與聲發(fā)射技術(shù)已廣泛應(yīng)用于煤與瓦斯突出預(yù)警,取得了一定的成效,但卻缺乏突出演化過程聲電信號時頻特征以及突出前兆信息方面的研究。鑒于此,本文開展了煤體受載破裂實驗,利用特征參數(shù)和波形頻譜法,分析了實驗過程聲電信號的時間和頻率序列特征,確定了聲電信號特征參數(shù);進行了煤巷掘進誘導(dǎo)煤與瓦斯突出聲電監(jiān)測實驗,研究了突出演化過程聲電信號的時頻、波形和功率譜的變化特征,得到了聲電信號突出前兆信息;基于理論分析與實驗研究,利用聲電信號時頻特征參數(shù),構(gòu)建了煤巷掘進工作面煤與瓦斯突出蝴蝶突變預(yù)警模型,提出了蝴蝶型突變模糊預(yù)警方法。本文取得的研究成果主要有:(1)聲電信號的能量值、計數(shù)和質(zhì)心頻率對煤體受載破裂實驗過程的煤體損傷變形較為敏感,可作為聲電監(jiān)測的特征參數(shù),聲電信號的峰值頻率對煤體破裂的響應(yīng)性較差。(2)聲電信號能量值和計數(shù)對煤巷掘進誘導(dǎo)突出實驗過程的煤體變形破裂響應(yīng)良好,隨著掘進進尺的增加均呈現(xiàn)上升趨勢。聲電信號峰值頻率對掘進過程煤體的破裂基本無響應(yīng);AE信號質(zhì)心頻率對煤體較大尺度的破裂和突出較為敏感。EMR信號質(zhì)心頻率對掘進過程煤體較小尺度的微破裂敏感,對大尺度破裂不敏感。突出前的AE信號能量值、計數(shù)、質(zhì)心頻率以及EMR信號能量值的突增行為可作為煤體突出的前兆信息。(3)煤巷掘進誘導(dǎo)突出實驗過程的聲電信號的波形及功率譜對煤體破裂較時序、頻域敏感,趨勢更明顯。煤巷掘進誘導(dǎo)突出實驗過程的聲電有效信號的波形分為強盛期、衰敗期和平緩期;聲電有效信號的波形幅值隨著掘進的推進而增大;AE有效信號的波形波長不斷縮短,在突出附近出現(xiàn)“尖脈沖”型驟減;EMR有效信號的波形波長不斷增大。(4)煤巷掘進誘導(dǎo)突出實驗過程的AE有效信號的功率譜分為上升期和平靜期,EMR有效信號的功率譜則較為震蕩,二者譜峰均隨著掘進的推進而升高。AE有效信號主頻帶攜帶的能量在掘進全過程持續(xù)升高,其它頻帶攜帶的能量只在突出附近階段升高。EMR有效信號各頻帶攜帶的能量均在掘進誘導(dǎo)突出全過程大幅升高。在突出實驗過程中,聲電有效信號的主頻帶均始終位于0~10kHz范圍,表明此頻帶對煤體微破裂敏感。40~50kHz和25~34kHz分別作為聲電有效信號的敏感頻帶,對突出附近煤體大尺度破裂較為敏感。(5)結(jié)合突變以及模糊數(shù)學(xué)理論,選取AE強度、EMR強度、AE質(zhì)心頻率、EMR質(zhì)心頻率為控制變量,以煤巷掘進工作面煤與瓦斯突出危險性為狀態(tài)參量,構(gòu)建了煤與瓦斯突出蝴蝶型突變模型,建立了煤與瓦斯突出蝴蝶型突變模糊預(yù)警方法。研究成果具有一定的理論依據(jù)和實驗基礎(chǔ),能夠揭示煤與瓦斯突出演化過程聲電信號的時頻特征,充分獲取突出前兆信息,精確預(yù)警煤與瓦斯突出,減少突出事件的誤報及漏報率,具有廣泛的應(yīng)用前景。
【學(xué)位單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TD713
【部分圖文】：

10（b）成品圖 2-1 型煤試樣制作模具及成品Figure 2-1 Finished products and mould made of briquette sample

2 煤體受載破裂聲電信號監(jiān)測實驗系統(tǒng)載破裂聲電監(jiān)測實驗系統(tǒng)主要由壓機加載控制及記錄系干擾信號屏蔽系統(tǒng)、電磁輻射天線、聲發(fā)射傳感器等組 2-2 所示，實物圖如圖 2-3 所示。機加載控制及記錄系統(tǒng)驗選用 Y4306 型伺服液壓試驗機控制系統(tǒng)，該型號壓制兩種加載方式，可進行拉伸、單軸壓縮、分級加載、種實驗。加載系統(tǒng)由 DCS 控制器、液壓油泵、壓機主。實驗過程中，試驗力示值分辨率最高可達 1/300000，的采樣速率高達 100Hz，壓機載荷-位移記錄系統(tǒng)可實載荷-位移等曲線。

制及記錄系統(tǒng) （c）聲電信 2-3 煤體受載破裂聲電監(jiān)測實驗系統(tǒng)實物picture of fracture monitoring experimental sylectromagnetic radiation of coal sample under 集系統(tǒng)，電磁輻射和聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)C-II 型聲-電動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)/D 轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)存儲等功能。該系統(tǒng)主益放大器、A/D 轉(zhuǎn)換模塊和波形處理模通道的電磁輻射和聲發(fā)射信號，并可一個前置放大器和一根同軸屏蔽電纜，倍數(shù)為 100 倍（40dB），采樣速率為 1，較高的采樣速率可以記錄信號的細作原理為，聲電傳感器接收原始信號后增益放大器及濾波電路，然后通過 A
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本文編號：2863605