煤矿典型动力灾害风险精准判识及监控预警关键技术研究进展 被引量：148

1

作者 袁亮 姜耀东 +7 位作者 何学秋 窦林名 赵毅鑫 赵旭生 王凯 于庆 卢新明 李红臣 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期306-318,共13页

新一轮能源变革正在孕育,互联网+及智能化发展势头强劲,在总结我国煤矿典型动力灾害预防存在主要问题及思考煤矿监控预警如何面对新一轮科技创新的基础上,提出了煤矿典型动力灾害风险精准判识及监控预警新理念与关键技术。煤矿典型动力... 新一轮能源变革正在孕育,互联网+及智能化发展势头强劲,在总结我国煤矿典型动力灾害预防存在主要问题及思考煤矿监控预警如何面对新一轮科技创新的基础上,提出了煤矿典型动力灾害风险精准判识及监控预警新理念与关键技术。煤矿典型动力灾害风险精准判识及监控预警是在煤炭精准开采的理念指导下,基于多相多场耦合灾变孕育演化机理,利用灾害前兆信息采集传感与多网融合传输技术、多源海量前兆信息提取挖掘方法,能够实现煤矿典型动力灾害前兆信息深度感知、风险精准判识及监控预警的新模式新方法。该模式能够实现煤矿监控预警由传统的经验型、定性型向精准型、定量型转变,全面提升我国煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警能力。凝练了煤矿典型动力灾害风险精准判识及监控预警的4个关键科学问题和8个主要研究方向,围绕基础理论研究、关键技术开发和预警平台搭建,重点阐述了12个方面的研究进展,为实现冲击地压、煤与瓦斯突出和煤岩瓦斯复合动力灾害隐患在线监测、智能判识、实时精准预警提供了技术路径。 展开更多

关键词 煤矿典型动力灾害 煤炭精准开采 多场耦合 风险精准判识 监控预警

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动静载叠加诱发煤岩瓦斯动力灾害原理及防治技术 被引量：55

2

作者 窦林名 何学秋 +2 位作者 REN Ting 何江 王正义 《中国矿业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期48-59,共12页

基于煤岩瓦斯动力灾害严重影响到煤矿安全生产,提出了动静载叠加诱发高静载、强动载和低临界应力3种类型动力灾害原理;建立煤矿开采静载、矿震动载和瓦斯压力的表达式.总结了含瓦斯煤岩动力灾害监测预警及防治理论与技术,包括冲击矿压... 基于煤岩瓦斯动力灾害严重影响到煤矿安全生产,提出了动静载叠加诱发高静载、强动载和低临界应力3种类型动力灾害原理;建立煤矿开采静载、矿震动载和瓦斯压力的表达式.总结了含瓦斯煤岩动力灾害监测预警及防治理论与技术,包括冲击矿压监测方面的分区分级监测预警、微震监测法、电磁辐射、弹性波CT和震动波CT等,煤与瓦斯突出监测方面的钻孔瓦斯涌出初速度法、R指标法和电磁辐射法等,以及灾害治理方面的强度弱化减冲原理及手段、巷道围岩控制的强弱强结构效应及围岩动静载的支护体系、区域及局部防突技术.煤岩瓦斯动力灾害未来研究方向主要是:1)将动静载叠加原理进一步定量化表示;2)构建适用于煤岩瓦斯复合型灾害的监测预警指标体系;3)将冲击矿压和煤与瓦斯突出的防治措施有机的结合起来. 展开更多

关键词 煤岩瓦斯动力灾害 动载 静载 瓦斯压力 防治

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综放覆岩破断诱发冲击地压的防治方法与实践 被引量：42

3

作者 李振雷 何学秋 窦林名 《中国矿业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期162-171,共10页

综合采用调研、理论分析、工程实践等方法,研究了综放开采的覆岩运动特征、矿震扰动特征、冲击防治方法,推导了覆岩破断能量释放特征,给出了预裂断顶步距的确定依据.结果表明:综放开采的覆岩运动特征使其产生较分层开采更加强烈的矿震... 综合采用调研、理论分析、工程实践等方法,研究了综放开采的覆岩运动特征、矿震扰动特征、冲击防治方法,推导了覆岩破断能量释放特征,给出了预裂断顶步距的确定依据.结果表明:综放开采的覆岩运动特征使其产生较分层开采更加强烈的矿震动载扰动,是冲击地压的重要诱发因素之一,通过合理预裂断顶来弱化矿震扰动是有效的冲击地压防治方法.研究成果在现场得以应用,显著减少了高能量矿震,并避免了冲击的发生,效果良好. 展开更多

关键词 冲击地压 综放开采 覆岩破断 预裂断顶 断顶步距

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煤与瓦斯突出微观机理探索研究 被引量：36

4

作者 聂百胜 马延崑 +6 位作者 何学秋 赵丹 柳先锋 邓博知 李祥春 孟筠青 宋大钊 《中国矿业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期207-220,共14页

为进一步研究煤孔隙结构对煤与瓦斯突出的影响,采用低温CO_(2)吸附法、低温N_(2)吸附法、压汞法以及小角X射线散射(SAXS)等方法,对8种不同瓦斯赋存条件下煤样全孔径(0.35~11000 nm)分布进行了测试和综合表征.结果表明:煤样的开孔纳米孔... 为进一步研究煤孔隙结构对煤与瓦斯突出的影响,采用低温CO_(2)吸附法、低温N_(2)吸附法、压汞法以及小角X射线散射(SAXS)等方法,对8种不同瓦斯赋存条件下煤样全孔径(0.35~11000 nm)分布进行了测试和综合表征.结果表明:煤样的开孔纳米孔隙(直径≤100 nm)占总孔容最高达92.7%,比表面积占总比表面积98%以上;SAXS测试对应孔隙范围内,闭孔孔隙比例占总孔容6.2%~80.9%,比表面积占总比表面积22.9%~87.5%.建立了煤体失稳条件下的孔隙破坏模型,分析了含瓦斯煤纳米孔隙结构破坏和骨架微破裂的条件,描述了微观上煤体的3种微观破坏现象:闭孔孔隙在采掘扰动下薄弱位置发生破坏导致高压瓦斯气体膨胀喷出造成的“闭孔微气爆”;开孔孔隙的非均匀及其受载的非均衡性以及瓦斯流动对多孔汇聚的孔隙喉道产生作用造成的“纳米开孔微损伤”;受采掘扰动或孔隙破坏瓦斯能量作用下的煤体骨架“微破裂”.由此提出煤与瓦斯突出发生的微观机制,并阐述了突出过程的4个阶段,即:在突出准备阶段,采掘扰动诱发3种微破坏同步或次序发生,产生复合连锁效应,导致突出能量积聚且阻力降低;当释放的瓦斯汇聚和应力共同产生的能量突破了突出屏障区域煤体的约束,突出就会发生;微破坏范围的扩大及其复合连锁的持续性推动了突出的发展;微破坏的减弱和能量供给的减少、突出路径阻力增大使得突出终止.基于突出发生的微观机制对突出过程中声音预兆、爆破诱导突出、延时突出和低指标突出的现象进行解释,并对煤与瓦斯突出的研究方向提出展望. 展开更多

关键词 煤与瓦斯突出 纳米孔 闭孔 微气爆 突出微观机理

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煤岩动力灾害声电协同监测技术及预警应用 被引量：35

5

作者 王恩元 刘晓斐 +1 位作者 何学秋 李忠辉 《中国矿业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期942-948,共7页

为了提高煤岩动力灾害预测的准确性和可靠性,提出了声电协同监测技术,将电磁辐射和声发射进行融合,优势互补,开展了受载煤岩声电监测同步性测试及分析,开发了相应的监测系统及软件,并在采掘现场进行了监测及预警应用实践.结果表明:实验... 为了提高煤岩动力灾害预测的准确性和可靠性,提出了声电协同监测技术,将电磁辐射和声发射进行融合,优势互补,开展了受载煤岩声电监测同步性测试及分析,开发了相应的监测系统及软件,并在采掘现场进行了监测及预警应用实践.结果表明:实验室和采掘现场不同尺度的煤岩声电信号同步性及相关性很好;采掘现场有煤岩动力灾害危险前,声发射和电磁辐射信号开始出现异常变化,且两者对危险响应的同步性很好,特别在临灾阶段,声、电信号在异常幅度和时域上的一致性变得更加明显;声电协同监测技术及系统,能够实现对冲击地压等动力灾害危险的实时监测及提前自动预警,与单方法相比,可靠性更高. 展开更多

关键词 煤岩动力灾害 声发射 电磁辐射 协同监测 自动预警

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某冲击地压频发工作面微震冲击前兆信息特征及预警方法研究 被引量：31

6

作者 田向辉 李振雷 +4 位作者 宋大钊 何学秋 焦彪 曹安业 马衍坤 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期2471-2482,共12页

冲击地压作为一种常见的煤岩动力灾害,其防治与监测预警研究具有重要的工程意义。为进一步提高某工作面冲击地压危险预警能力,对该工作面2018年5月至8月发生的11起冲击地压展开研究。案例分析发现,11次冲击中有10次发生在临空巷,冲击地... 冲击地压作为一种常见的煤岩动力灾害,其防治与监测预警研究具有重要的工程意义。为进一步提高某工作面冲击地压危险预警能力,对该工作面2018年5月至8月发生的11起冲击地压展开研究。案例分析发现,11次冲击中有10次发生在临空巷,冲击地压受采空区侧向压力和区段煤柱叠加产生的静载集中应力影响,并在大能量矿震产生的动载扰动作用下发生,微震能量、频次可反映应力集中程度和动载扰动强度,可用于冲击地压监测预警。对历次冲击前后的微震能量、频次及其偏差值的演化特征进行分析,得到冲击地压微震前兆信息时序规律,即冲击前微震能量/频次具有明显的偏离性趋势特征,出现偏差高值,且冲击前7日内微震能量和频次偏差高值总数和至少为2。据此提出了一种基于每日微震最大能量和微震能量/频次偏差高值总数的定量-趋势冲击危险预警新方法,即以每日微震最大能量进行初步预警,再根据7日内微震能量和频次偏差高值总数的最大值对初步预警结果进行调整,确定最终危险等级。运用R评分法对该预警方法和工作面原微震预警方法的预警效能进行对比,新方法和原方法的R值分别为0.673和0.072,表明新预警方法远优于工作面原预警方法。运用该预警方法对新疆自治区某矿进行预警检验,R值达到0.652,同样具有较高的预警能力,进一步验证了新方法的有效性。研究结果可为煤矿冲击地压监测预警提供借鉴。 展开更多

关键词 采矿工程 冲击地压 监测预警 微震 前兆信息 定量–趋势

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微结构对软硬煤瓦斯吸附特性的影响 被引量：29

7

作者 柳先锋 宋大钊 +1 位作者 何学秋 聂百胜 《中国矿业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期155-161,共7页

针对3组不同变质程度的软硬煤样,采用等温吸附实验分析了不同软硬煤的瓦斯吸附特性;通过低压液氮吸附实验,研究了不同软硬煤的孔隙结构特征,从煤的物理微结构(孔隙结构)角度分析了不同软硬煤的瓦斯吸附控制机理;同时对不同软硬煤样进行... 针对3组不同变质程度的软硬煤样,采用等温吸附实验分析了不同软硬煤的瓦斯吸附特性;通过低压液氮吸附实验,研究了不同软硬煤的孔隙结构特征,从煤的物理微结构(孔隙结构)角度分析了不同软硬煤的瓦斯吸附控制机理;同时对不同软硬煤样进行了红外傅里叶光谱(FTIR)实验,研究了不同软硬煤的表面化学微结构特征及其对瓦斯吸附行为的微观作用机理.研究结果表明:不同软硬煤样的瓦斯吸附能力差异明显,随煤阶的升高,VL从17.35cm3/g增加到37.89cm3/g,pL在0.88~1.75 MPa范围内变化;肥煤和焦煤软煤的瓦斯吸附量均明显高于同种变质程度的硬煤,而无烟煤则正好相反;软煤的总比表面积始终明显大于对应的硬煤,不同软硬煤样的孔径分布峰值均出现在3~10nm的微孔范围内,微孔所占孔比表面积比例均大于50%,是比表面积的主要贡献者;肥煤和焦煤软煤较同阶硬煤拥有更大的比表面积和更少的含氧官能团,具有超前演化的特征,展现出了更好的瓦斯吸附性能;而无烟煤软煤较硬煤的成熟度更低,含氧官能团含量更高,导致其瓦斯吸附量小于相应的硬煤.煤体瓦斯吸附行为不仅受孔隙结构的影响,还与化学结构紧密相关,在实际应用中应同时予以考虑. 展开更多

关键词 孔隙结构 化学结构 软硬煤 瓦斯吸附 控制机理

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突出危险煤层微震区域动态监测技术 被引量：25

8

作者 何学秋 王安虎 +3 位作者 窦林名 宋大钊 祖自银 李振雷 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第11期3122-3129,共8页

为弥补煤与瓦斯突出区域预测方法抽检、定点式指标存在的弊端,实现煤层突出危险性的区域连续监测,提出了突出危险煤层微震区域动态监测新方法,研究了微震监测技术实现区域监测的理论基础,建立了相应指标评价体系,并在突出矿井进行了应... 为弥补煤与瓦斯突出区域预测方法抽检、定点式指标存在的弊端,实现煤层突出危险性的区域连续监测,提出了突出危险煤层微震区域动态监测新方法,研究了微震监测技术实现区域监测的理论基础,建立了相应指标评价体系,并在突出矿井进行了应用试验。结果表明:利用微震频次指标、能量指标监测煤层采掘扰动、地质异常具有良好效果,利用震动波CT探测得出的区域应力场分布特征与理论分布相一致。这验证了微震监测技术实现突出危险煤层区域监测的可行性,为煤与瓦斯突出区域监测方法研究提供了新思路,可突破传统区域预测手段在时、空维度上的局限性,实现突出危险煤层区域动态、连续监测。 展开更多

关键词 煤与瓦斯突出 微震 区域预测 动态监测

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近距离突出煤层群水力冲孔卸压瓦斯抽采及效果评价研究 被引量：24

9

作者 曹佐勇 王恩元 +6 位作者 何学秋 汪皓 刘泉霖 张光辉 罗飞 王聪 徐佑林 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第3期634-642,共9页

为高效评价近距离突出煤层群水力冲孔卸压瓦斯抽采效果,基于弹性力学、渗流力学和Klinkenberg效应等理论,建立了包含煤岩变形、瓦斯运移、孔隙率和渗透率演化数学方程的低透气性含瓦斯煤气固耦合模型,采用COMSOL Multiphysics数值模拟... 为高效评价近距离突出煤层群水力冲孔卸压瓦斯抽采效果,基于弹性力学、渗流力学和Klinkenberg效应等理论,建立了包含煤岩变形、瓦斯运移、孔隙率和渗透率演化数学方程的低透气性含瓦斯煤气固耦合模型,采用COMSOL Multiphysics数值模拟软件模拟分析了近距离突出煤层群水力冲孔钻孔周围煤体瓦斯压力与孔径之间的时空演化规律;基于质量守恒定律建立了近距离突出煤层群瓦斯抽采有效影响半径理论计算公式,并在贵州盘江煤电集团公司松河煤矿进行了工程试验及应用。得到以下结论:1)水力冲孔后,近距离煤层群各煤层的瓦斯抽采变化规律基本同步,水力冲孔的孔洞半径越大,影响半径越大,瓦斯抽采效果越好;2)现场试验结果显示,水力冲孔显著地改善了煤层瓦斯卸压抽采效果,且距离水力冲孔的孔洞越近,增透与卸压效果越好,瓦斯抽采体积分数和流量越大,考察孔对比结果确定了松河煤矿水力冲孔卸压抽采70 d的有效影响半径为4~5 m;3)将现场数据代入近距离突出煤层群瓦斯抽采有效影响半径理论公式中,得到的结果与数值模拟结果近似表明该理论公式的可行性。研究结果对近距离低渗透煤层群的瓦斯治理及效果评价具有良好的指导意义。 展开更多

关键词 气固耦合模型 近距离煤层 水力冲孔 卸压瓦斯抽采 有效影响半径

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煤层CO_(2)安全封存研究进展与展望 被引量：22

10

作者 何学秋 田向辉 宋大钊 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期212-219,共8页

以CO_(2)地质封存为代表的负碳排放技术是实现我国碳达峰、碳中和战略目标的重要途径。煤层CO_(2)封存成本低,同时可实现煤层气高效采收,符合国家绿色发展理念。尽早布局煤层CO_(2)封存安全研究是保障我国碳达峰、碳中和目标的战略要求... 以CO_(2)地质封存为代表的负碳排放技术是实现我国碳达峰、碳中和战略目标的重要途径。煤层CO_(2)封存成本低,同时可实现煤层气高效采收,符合国家绿色发展理念。尽早布局煤层CO_(2)封存安全研究是保障我国碳达峰、碳中和目标的战略要求。对煤层CO_(2)封存技术发展现状和安全问题进行了梳理和分析,当前煤层CO_(2)封存仍处于示范阶段,规模化推广应用尚未实现。煤层CO_(2)封存安全性主要受封存地质体结构、地质灾害、工程扰动等因素影响,现有安全监测方法多以CO_(2)泄漏产生的某些环境效应为监测对象,缺乏对封存地质体自身安全性的监测。煤层碳封存全生命周期安全性存在诸多研究空白,严重制约着我国煤层CO_(2)封存技术的发展。针对现存问题,总结提出了应对煤层CO_(2)封存安全的4项关键技术,即煤层安全储碳机理与主控因素、煤层碳封存风险探测与安全评价方法、煤层碳封存全生命周期安全监测预警技术以及煤层碳封存风险应对与应急处置规范。通过上述4个方面的研究,有望构建煤层碳封存科学选址、安全监测预警以及规范应急全流程理论与技术方法体系,为我国煤层碳封存商业化、规模化奠定理论与技术基础。 展开更多

关键词 碳中和 煤层 二氧化碳封存 安全储碳

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煤冲击破坏过程规律及同源声电响应特征 被引量：21

11

作者 李振雷 何学秋 +3 位作者 窦林名 王桂峰 宋大钊 娄全 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期2057-2068,共12页

针对冲击地压监测预警问题,开展不同速率的煤样单轴加载实验和单轴加卸载实验,同步采集了全波形声电数据和煤破坏过程图像,结合频谱分析、相关性分析、声波波速层析成像分析、能量分析等,研究煤破裂过程的同源声电响应特征及煤冲击破坏... 针对冲击地压监测预警问题,开展不同速率的煤样单轴加载实验和单轴加卸载实验,同步采集了全波形声电数据和煤破坏过程图像,结合频谱分析、相关性分析、声波波速层析成像分析、能量分析等,研究煤破裂过程的同源声电响应特征及煤冲击破坏的时序演变规律和空间孕育特征。结果表明:声发射和电磁辐射都与应力降有明显的正相关性,两者的时序分布具有同步性,两者的频谱分布具有一致性且主要集中在低频段,表明声电信号是煤破裂产生的同源异象现象;煤的冲击破坏过程包含多个子冲击阶段,各子冲击阶段与载荷降有明显的正相关性,在冲击破坏孕育阶段,煤样内裂纹、应力、能量、声发射等的分布具有对应关系,冲击破坏容易发生在临近自由面的破裂密集且应力集中高的区域。研究成果可为冲击地压监测预警研究提供依据。 展开更多

关键词 岩石力学 冲击地压 监测预警 破坏行为 声发射 电磁辐射

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冲击地压多参量集成预警模型及智能判识云平台 被引量：18

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作者 何生全 何学秋 +4 位作者 宋大钊 李振雷 陈建强 薛雅荣 李漾 《中国矿业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期850-862,共13页

针对冲击地压成因复杂、各监测方法预警结果不一致且准确率低等问题,开展了多系统多参量集成预警模型及智能判识云平台的研究.首先建立了一种基于遗传算法的冲击地压多参量集成预警模型,以实现特定时刻下冲击危险程度的量化预警.模型集... 针对冲击地压成因复杂、各监测方法预警结果不一致且准确率低等问题,开展了多系统多参量集成预警模型及智能判识云平台的研究.首先建立了一种基于遗传算法的冲击地压多参量集成预警模型,以实现特定时刻下冲击危险程度的量化预警.模型集成了微震、地音、应力、电磁辐射等多源信息监测系统及“时-空-强”预警参量,通过遗传算法自动寻优迭代确定最佳预警参量组合、参量临界值及权重;然后,利用物联网、大数据、人工智能、云技术、预警参量体系、多参量集成预警模型等开发了冲击危险远程智能判识云平台,该平台由数据采集、数据传输、数据处理及可视化展示4部分组成,实现了监测数据智能挖掘、多源信息融合及冲击危险智能判识,提高了预警时效性;最后,以乌东煤矿典型近直立煤层为例,利用微震和地音监测数据及集成预警模型,构建了微震-地音系统多参量集成预警模型.应用结果表明,平台多参量集成预警模型集成了“时-空-强”多维预警参量和多源多频监测系统的优势,冲击危险预警能力优于单一预警系统,给现场相关人员提供了高效的防治决策依据. 展开更多

关键词 冲击地压 遗传算法 集成预警 智能判识 云平台

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乌东煤矿近直立煤层冲击地压机制研究 被引量：17

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作者 李东辉 何学秋 +4 位作者 陈建强 宋大钊 李振雷 何生全 钟涛平 《中国矿业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期835-843,共9页

以乌东煤矿南采区为工程背景,运用工程实践、数值模拟、理论分析等方法,对近直立煤层冲击地压机制展开研究.结果表明:顶板和岩柱强矿震频发,形成强动载扰动;近直立煤层、顶板及岩柱在开采水平附近形成高应力集中区,应力集中程度与水平... 以乌东煤矿南采区为工程背景,运用工程实践、数值模拟、理论分析等方法,对近直立煤层冲击地压机制展开研究.结果表明:顶板和岩柱强矿震频发,形成强动载扰动;近直立煤层、顶板及岩柱在开采水平附近形成高应力集中区,应力集中程度与水平应力、岩柱"撬动"及顶板"弯曲"效应相关.水平应力、岩柱"撬动"及顶板"弯曲"效应作用使B3+6煤层在开采水平附近形成高静载集中区域,该区域在岩柱和顶板强矿震与采动多重扰动作用下失稳并释放能量导致B3+6工作面的两顺槽发生冲击地压. 展开更多

关键词 近直立煤层 冲击地压 水平应力 数值模拟

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冲击载荷下三轴煤体动力学分析及损伤本构方程 被引量：16

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作者 王恩元 孔祥国 +3 位作者 何学秋 冯俊军 鞠云强 李金铎 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期2049-2056,共8页

为研究冲击载荷下三轴煤体的动力学特征,建立了三轴分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,开展了轴向静载、围压和冲击载荷随机组合的动态冲击试验,研究了三轴煤体在冲击载荷下的动力学特性。实验结果表明:冲击载荷下三轴煤体动态应力应变... 为研究冲击载荷下三轴煤体的动力学特征,建立了三轴分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,开展了轴向静载、围压和冲击载荷随机组合的动态冲击试验,研究了三轴煤体在冲击载荷下的动力学特性。实验结果表明:冲击载荷下三轴煤体动态应力应变曲线无压密阶段,轴向预静载有助于使煤体原生裂隙闭合,初始加载就表现出完整弹性体的特征;当应力达到峰值强度的60%~85%阶段时,应力应变曲线呈现“跃进”现象,可能与碳在晶体微破裂中的作用有关;当应力超过煤体动态强度,试样破坏,应力降低。冲击载荷下三轴煤体动态强度和破坏应变与平均应变率高度线性相关,应变率效应明显,应变率效应使得不同轴向静载、围压和冲击载荷因素对煤体动态强度和破坏应变的影响具有可比性。基于岩石力学强度理论和统计损伤理论,建立了冲击载荷下三轴煤体动态损伤本构模型,该模型综合考虑了轴向静载、围压和冲击载荷等因素,明确地反映了3种因素对煤体动力学特征的影响,轴向静载会劣化煤体,造成动态强度降低,围压和冲击载荷有助于提高煤体的动态强度,理论模型反映的特征与试验结果相吻合,并通过建立的本构模型和试验应力应变数据拟合了理论应力应变曲线,其与试验应力应变曲线基本重合,且应变率越高,一致性越好。 展开更多

关键词 冲击载荷 动力学特征 煤体 三轴 损伤

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区域和局部突出危险性动态实时监测预警技术研究 被引量：15

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作者 宋大钊 何学秋 +3 位作者 邱黎明 赵英杰 程肖禾 王安虎 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期110-119,共10页

为实现煤与瓦斯突出灾害的准确监测预警,将微震监测技术、震动波CT技术与声电瓦斯监测技术应用于煤与瓦斯突出矿井,分析了微震信号的时空演化特征规律,研究了震动波CT与应力异常、突出预兆、采掘工程的关系,深入挖掘了掘进期间的电磁辐... 为实现煤与瓦斯突出灾害的准确监测预警,将微震监测技术、震动波CT技术与声电瓦斯监测技术应用于煤与瓦斯突出矿井,分析了微震信号的时空演化特征规律,研究了震动波CT与应力异常、突出预兆、采掘工程的关系,深入挖掘了掘进期间的电磁辐射、声发射、瓦斯等监测数据的时空演化规律,建立了预警准则统一、预警指标统一、预警临界值统一的综合集成高可靠性预警方法,最终形成了逐级聚焦的突出危险区域-局部动态实时监测预警方法技术,并开展了煤岩动力灾害监测预警云平台的应用。结果表明:基于微震监测以及震动波速反演得到的区域应力场结果,可以预测采掘强扰动区、应力集中区,地质异常区共同组成的煤与瓦斯突出危险区,实现了突出危险区域预测;声发射12 h偏差值D_(A)、声发射偏离异常频次N、电磁辐射24 h偏差值D_(E)、电磁辐射偏离异常持续时间h、瓦斯涌出量Q、瓦斯涌出变化率I等指标对突出危险具有较好的响应,可进行局部突出危险预警。突出危险区域-局部动态实时监测预警技术首先通过微震动态监测区域动载扰动信息,结合震动波CT探测区域应力场的分布特征,初步划定突出危险煤层危险区域,随后集成电磁辐射、声发射、瓦斯等多参量综合监测实现突出危险的局部即时预警。 展开更多

关键词 煤与瓦斯突出 多指标融合 区域预测 局部预警

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煤岩电磁辐射理论与技术新进展 被引量：8

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作者 何学秋 韦梦菡 +5 位作者 宋大钊 李振雷 邱黎明 何生全 MAJID Khan 王安虎 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期168-190,共23页

煤炭作为我国重要的基础能源和工业原料,其安全开采是保障国家能源安全、支撑经济社会稳定发展的关键。随着浅部煤炭资源的逐渐枯竭,深部开采逐渐成为我国煤炭资源开发新常态,煤岩动力灾害风险随之攀升,严重制约煤炭安全高效开采,对我... 煤炭作为我国重要的基础能源和工业原料,其安全开采是保障国家能源安全、支撑经济社会稳定发展的关键。随着浅部煤炭资源的逐渐枯竭,深部开采逐渐成为我国煤炭资源开发新常态,煤岩动力灾害风险随之攀升,严重制约煤炭安全高效开采,对我国煤炭工业可持续发展造成了恶劣的社会负面影响。准确可靠的监测手段是进行煤岩动力灾害防治的必要前提,地球物理监测预警方法通过感知煤岩变形破坏过程中释放的声、电、磁等物理信号来反演煤岩体的损伤破坏状态,已被广泛应用于煤岩动力灾害预警中。其中电磁辐射监测法具有非接触、无损、实时、前兆性强等优势,适用于矿山信息化智能化发展要求。因此,大力推动电磁辐射监测技术的发展,对于煤岩动力灾害防治具有重要意义,可为智慧矿山建设提供重要的技术支持。围绕试验现象、机理模型、技术方法3个方面对电磁辐射理论与技术研究成果进行综述,回顾了电磁辐射现象的发现过程,分析了电磁辐射信号特征、影响因素、力电耦合效应等煤岩电磁辐射特征规律,根据典型电磁辐射机理模型与应力作用、裂纹扩展过程的相关性进行了分类评述,并对现有煤岩电磁辐射监测预警装备及技术方法进行了简要介绍。在此基础上,详细阐述了近年来在煤岩电磁辐射矢量特性研究、煤岩电磁辐射机理微观尺度验证、煤岩电磁辐射定位技术方面取得的新进展。总结了当前煤岩电磁辐射机理未完全揭示和无法实现孕灾区域定位两大理论与技术研究瓶颈,为未来煤岩电磁辐射理论与技术的发展提出了新目标。 展开更多

关键词 煤岩动力灾害 电磁辐射 煤岩破裂 监测预警

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典型近直立煤层群冲击地压机理及监测预警研究 被引量：12

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作者 何学秋 陈建强 +5 位作者 宋大钊 何生全 李振雷 钟涛平 薛雅荣 周超 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期13-22,共10页

近直立煤层群由于特殊的煤岩赋存和开采方式,覆岩破断运动及其导致的围岩静载应力分布和动载扰动特征与缓倾斜煤层有较大差异,已有冲击地压灾害在近直立煤层群开采矿井(SICS)发生。为指导类似赋存矿井冲击地压防治,以乌东矿南采区典型... 近直立煤层群由于特殊的煤岩赋存和开采方式,覆岩破断运动及其导致的围岩静载应力分布和动载扰动特征与缓倾斜煤层有较大差异,已有冲击地压灾害在近直立煤层群开采矿井(SICS)发生。为指导类似赋存矿井冲击地压防治,以乌东矿南采区典型近直立煤层群为工程背景,从诱冲机理、监测预警及防治技术方面展开了系统研究,揭示了近直立煤层群压撬型冲击地压机理,建立了适用于近直立煤层的预警指标体系,提出了近直立煤层降载减撬冲击地压防治技术。结果表明:近直立煤层群综放开采下冲击地压显现具有巷道顶底板侧不对称和岩体压撬显现特征;煤体所受顶板和岩柱的压撬作用是诱发冲击的基础静载力源,悬顶和层间岩柱破裂产生的动载扰动对冲击显现有重要诱发作用,近直立煤层群综放开采冲击地压是顶板和岩柱压撬效应耦合作用结果;各预警指标对冲击地压和大能量矿震均具有一定的响应,各维度和各系统预警指标综合预警可综合各自优势实现互补,提高预警准确性;深浅孔交替爆破可削弱对煤体的压载荷和撬动效应,现场实施后,微震日总能量和频次明显减少,顶板和岩柱每米能量104J以上微震事件较实施前平均减少了96%,卸压效果明显,冲击危险性降低。 展开更多

关键词 近直立煤层 冲击地压 压撬型机理

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煤层突出危险微震区域探测技术研究 被引量：10

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作者 宋大钊 何学秋 +3 位作者 窦林名 祖自银 王安虎 李振雷 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期89-94,共6页

为解决煤与瓦斯突出矿井缺乏区域性在线探测预警技术问题,首先,将能反映矿井动、静载荷的微震(MS)技术应用于煤与瓦斯突出矿井,研究掘进诱发微震信号的时空演化特征;然后,基于震动波计算机断层扫描技术(CT),反演研究掘进工作面区域应力... 为解决煤与瓦斯突出矿井缺乏区域性在线探测预警技术问题,首先,将能反映矿井动、静载荷的微震(MS)技术应用于煤与瓦斯突出矿井,研究掘进诱发微震信号的时空演化特征;然后,基于震动波计算机断层扫描技术(CT),反演研究掘进工作面区域应力场分布特征,对比分析应力异常区与事故发生位置的空间关系;最后,探讨MS技术在突出矿井的应用前景。结果表明:突出矿井松软煤层MS事件主要分布在应力集中区、掘进扰动区及构造影响区;当掘进工作面逐渐临近地质构造时,MS能量、频次会逐渐增多;基于震动波速反演得到的区域应力场结果与实际的大巷上山、停采线及掘进面等引起的应力集中相符合;金佳矿突出危险事件位置与震动波CT探测的应力异常区具有很好的对应关系,在波速梯度变化大的位置更可能发生突出。 展开更多

关键词 煤与瓦斯突出 探测预警 微震(MS)监测 震动波计算机断层扫描(CT)技术 区域应力场

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煤化作用对煤微表面结构特性影响研究 被引量：10

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作者 刘慧芳 宋大钊 +3 位作者 何学秋 田向辉 娄全 王伟象 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第1期121-127,共7页

为研究煤化作用对煤微结构特性影响,选取3种不同变质程度煤样,采用扫描电镜(SEM)研究其表面孔隙及形态分布特征;通过傅里叶红外光谱(FTIR)研究其表面官能团种类及其分布。当HP-SH煤样R0由0. 70%增大到2. 88%时,表面孔隙率分布范围为65. ... 为研究煤化作用对煤微结构特性影响,选取3种不同变质程度煤样,采用扫描电镜(SEM)研究其表面孔隙及形态分布特征;通过傅里叶红外光谱(FTIR)研究其表面官能团种类及其分布。当HP-SH煤样R0由0. 70%增大到2. 88%时,表面孔隙率分布范围为65. 29%~77. 07%,表面孔隙趋于粗糙、复杂化;各煤样极性官能团中含氧官能团相对含量逐渐增大,-O-的相对数量比为10. 1%~19. 25%,-OH的相对数量比为7. 16%~41. 79%,-COOH的相对数量比为52. 01%~51. 96%;芳香度和聚合程度也逐渐增大,芳香度为1. 09~1. 63,聚合度为0. 29~1. 58,煤样芳香结构参数与表面孔隙率呈线性关系。结果表明:煤化程度增高,煤样微表面官能团种类相似;官能团结构越复杂,微表面孔隙结构也越复杂,为微表面瓦斯提供赋存环境。 展开更多

关键词 煤化作用 扫描电镜(SEM) 傅里叶红外光谱(FTIR) 表面孔隙率 表面官能团

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不同节理夹角煤单轴压缩力学和声发射响应及影响机制 被引量：8

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作者 牟宏伟 何学秋 +4 位作者 宋大钊 李振雷 邱黎明 苏东方 殷山 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1726-1732,共7页

煤岩的力学特性和声发射响应规律对冲击地压监测预警至关重要,为研究加载方向与节理面夹角(α)对煤样力学特性、裂纹扩展方式及声发射响应的影响,对不同加载方向与节理面夹角的煤样进行单轴压缩试验,并分析了力学和声发射信号响应规律... 煤岩的力学特性和声发射响应规律对冲击地压监测预警至关重要,为研究加载方向与节理面夹角(α)对煤样力学特性、裂纹扩展方式及声发射响应的影响,对不同加载方向与节理面夹角的煤样进行单轴压缩试验,并分析了力学和声发射信号响应规律。结果表明:加载方向与节理面夹角对煤样力学特性和声发射响应规律有显著影响。随α增大,峰值载荷和破坏时间均呈先微降后增大的趋势,峰后破坏时间从0°到30°出现陡降趋势。α≤45°煤样的应力-应变在峰值或峰值后出现震荡起伏现象,单轴抗压强度和应变量均小于α>45°的煤样。α>45°煤样的应力-应变曲线在峰值或峰值后无震荡起伏现象;α≤45°的煤样受力以平行节理面应力分量为主,更容易产生沿节理面的滑移破坏,振铃累计值陡增和大能量声发射信号主要集中在峰后阶段,声发射信号与应力降具有很高的相关性。α>45°的煤样受力以垂直节理面应力分量为主,更容易产生挤压摩擦破坏,在应力稳定上升阶段就伴随着大量的声发射信号,大能量声发射信号主要集中在峰前阶段;随α增大,煤样表现出的冲击倾向性越强,声发射信号以45°为界表现出不同的峰前峰后特征。因此,鉴定煤冲击倾向性和利用声发射进行冲击地压监测预警时,需充分考虑煤层节理面与现场受力情况。 展开更多

关键词 节理 声发射 监测预警 煤体破坏

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