CN103883352A - 一种井下煤体失稳动力灾害的声发射预警方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种井下煤体失稳动力灾害的声发射预警方法，包括以下步骤：步骤一、在监测对象煤体中进行采样，并加工成标准力学试件；步骤二、对标准力学试件进行压缩破坏力学试验，确定其破坏类型；步骤三、分析监测煤体的受力情况并根据标准力学试件的破坏类型确定监测煤体的破坏类型；步骤四、采用声发射监测仪器对煤体进行监测、采集声发射信号；步骤五、根据监测煤体破坏类型及声发射信号，归类进行煤体稳定性的判识。本发明提出一种煤体失稳动力灾害的预警方法，解决了煤岩体破坏失稳的声发射前兆的科学问题，有效地提高了声发射方法监测预警煤体失稳动力灾害的准确性。

Description

一种井下煤体失稳动力灾害的声发射预警方法
技术领域
本发明涉及岩土及采矿工程技术领域，尤其是涉及一种煤体失稳动力灾害的声发射预警方法。
背景技术
地下煤矿开采中，经常遇到片帮、冲击地压、煤与瓦斯突出等煤岩失稳动力灾害，这些煤岩失稳灾害的本质是煤岩体介质的破裂失稳。声发射预测煤岩体失稳方法是一种动态、连续的预测方法。目前，对于煤岩体失稳的声发射判识模型方面，存在着很大的困惑。特别是对于利用事件（或振铃）、能量参数对煤体稳定性进行判识的模型。一些研究发现，煤体失稳前，声发射参数出现异常增大的现象，参数（事件、能量）的增大意味着煤体危险性增大；而另一些研究发现，有些煤岩体在破坏前出现声发射参数降低的现象，声发射的“平静期”是危险的前兆。这就对利用声发射方法预测预警煤体失稳动力灾害造成了极大的困惑。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是针对现有技术现状，本发明提供一种声发射预警方法，该方法能够提高煤体失稳动力灾害的准确性。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的，一种井下煤体失稳动力灾害的声发射预警方法，包括以下步骤：
步骤一、在监测对象煤体中进行采样，并加工成标准力学试件；
步骤二、对标准力学试件进行压缩破坏力学试验，确定其破坏类型；
步骤三、分析监测煤体的受力情况并根据标准力学试件的破坏类型确定监测煤体的破坏类型；
步骤四、采用声发射监测仪器对煤体进行监测、采集声发射信号；
步骤五、根据监测煤体破坏类型及声发射信号，归类进行煤体稳定性的判识。
进一步，所述破坏类型包括脆性破坏和延性破坏，所述脆性破坏煤体的灾害判识依据为AE参数的快速增大并超过临界值，延性破坏煤体的灾害判识依据为AE参数快速增大后并逐步降低。
进一步，所述临界值的大小要根据现场试验来进行确定。
本发明的有益技术效果是：
本发明提出一种煤体失稳动力灾害的预警方法，解决了煤岩体破坏失稳的声发射前兆的科学问题，有效地提高了声发射方法监测预警煤体失稳动力灾害的准确性。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明所述方法的流程图；
图2为煤体稳定状态阶段的区分示意图；
图3为延性破坏煤体的应力应变曲线与声发射参数变化示意图；
图4为脆性破坏煤体的应力应变曲线与声发射参数变化示意图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
从煤体的状态来看，煤体存在两种状态，即稳态与非稳态。根据煤岩变形破坏的全应力应变曲线（图2），在煤岩体载荷小于应力强度时，煤岩体处于稳定状态。当煤岩处于应力峰后阶段时，煤岩体处于临界稳定状态，在外界扰动情况下煤岩可能会失稳，因此，煤岩处于峰后应变软化阶段即处于非稳态阶段。
对煤体失稳动力灾害的预警也就是对煤体非稳态的判识预警。声发射是煤体在受载荷作用或变形时，产生损伤破裂而释放出的弹性应力波，是煤体劣化过程中能量释放的外在表征。煤体破坏失稳过程中，声发射的参数都随着煤体力学状态的改变而发生变化。因此，根据声发射参数的演化特征建立煤体失稳的判识模型、进行失稳动力灾害的预警是科学的、可行的方法。
煤体破坏过程的声发射演化特征与煤体的破坏类型密切相关。煤体的破坏类型可以分为脆性破坏与延性破坏两大类。当煤岩破坏表现为延性破坏时，煤岩呈现为渐进式的破坏，随着破坏进程的发展，声发射在应力峰值前表现为随应力的增加声发射活动逐步活跃，声发射参数（事件率、能量）逐步增大，并且在应力峰值附近达到最大；在应力峰值之后，煤岩体失稳之前，随着裂纹面的基本形成，声发射活动逐步降低，声发射参数（事件率、能量）逐渐减小。延性煤岩破坏失稳的声发射表现为“上升-峰值-下降”的演化特征，如图3所示。
当煤岩破坏表现为脆性破坏时，煤岩在应力峰值之后倾向于突然的崩坏，声发射演化模式缺少“下降”阶段。脆性煤岩破坏失稳的声发射表现为“上升-峰值”的演化特征，如图4所示。
煤岩体的受力状态会影响煤体的破坏类型，围压的增大使得煤岩体由脆性破坏向延性破坏的趋势，而快速卸载围压则有相反的效应。
根据上述思想，本实施例提供一种井下煤体失稳动力灾害的声发射预警方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、在监测对象煤体中进行采样，并加工成标准力学试件；
步骤二、对标准力学试件进行压缩破坏力学试验，确定其破坏类型；
步骤三、分析监测煤体的受力情况并根据标准力学试件的破坏类型确定监测煤体的破坏类型；
步骤四、采用声发射监测仪器对煤体进行监测、采集声发射信号；统计声发射信号的每单位时间（1小时或半小时）的累积振铃
Figure BDA0000488295660000031
累积能量值
Figure BDA0000488295660000032
(n=30或60)
步骤五：根据监测煤体破坏类型及声发射信号，归类进行煤体稳定性的判识。其中，脆性破坏煤体的灾害判识依据为AE参数（振铃、能量）的快速增大并超过临界值（振铃临界值Rcritical、能量临界值Ecritical需要根据现场试验确定），延性破坏煤体的灾害判识依据为AE参数快速增大后并逐步降低。
如果声发射的演化特征不出现危险的演化模式，则煤体为稳定状态，煤体附近空间为安全状态，否则为危险状态。
解决了煤岩体破坏失稳的声发射前兆的科学问题，有效地提高了声发射方法监测预警煤体失稳动力灾害的准确性。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种井下煤体失稳动力灾害的声发射预警方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、在监测对象煤体中进行采样，并加工成标准力学试件；
步骤二、对标准力学试件进行压缩破坏力学试验，确定其破坏类型；
步骤三、分析监测煤体的受力情况并根据标准力学试件的破坏类型确定监测煤体的破坏类型；
步骤四、采用声发射监测仪器对煤体进行监测、采集声发射信号；
步骤五、根据监测煤体破坏类型及声发射信号，归类进行煤体稳定性的判识。
2.根据权利要求1所述的井下煤体失稳动力灾害的声发射预警方法，其特征在于：所述破坏类型包括脆性破坏和延性破坏，所述脆性破坏煤体的灾害判识依据为AE参数的快速增大并超过临界值，延性破坏煤体的灾害判识依据为AE参数快速增大后并逐步降低。
3.根据权利要求2所述的井下煤体失稳动力灾害的声发射预警方法，其特征在于：所述临界值的大小要根据现场试验来进行确定。
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