煤与瓦斯突出演化过程声电信号时频特征研究

发布时间：2020-10-31 06:57

　　 煤与瓦斯突出是煤矿生产中危害巨大的一种动力灾害,会造成惨重的人员伤亡和财产损失。如何有效预警煤与瓦斯突出,已成为遏制煤矿安全生产亟须攻关的难点之一。电磁辐射与声发射技术已广泛应用于煤与瓦斯突出预警,取得了一定的成效,但却缺乏突出演化过程声电信号时频特征以及突出前兆信息方面的研究。鉴于此,本文开展了煤体受载破裂实验,利用特征参数和波形频谱法,分析了实验过程声电信号的时间和频率序列特征,确定了声电信号特征参数;进行了煤巷掘进诱导煤与瓦斯突出声电监测实验,研究了突出演化过程声电信号的时频、波形和功率谱的变化特征,得到了声电信号突出前兆信息;基于理论分析与实验研究,利用声电信号时频特征参数,构建了煤巷掘进工作面煤与瓦斯突出蝴蝶突变预警模型,提出了蝴蝶型突变模糊预警方法。本文取得的研究成果主要有:(1)声电信号的能量值、计数和质心频率对煤体受载破裂实验过程的煤体损伤变形较为敏感,可作为声电监测的特征参数,声电信号的峰值频率对煤体破裂的响应性较差。(2)声电信号能量值和计数对煤巷掘进诱导突出实验过程的煤体变形破裂响应良好,随着掘进进尺的增加均呈现上升趋势。声电信号峰值频率对掘进过程煤体的破裂基本无响应;AE信号质心频率对煤体较大尺度的破裂和突出较为敏感。EMR信号质心频率对掘进过程煤体较小尺度的微破裂敏感,对大尺度破裂不敏感。突出前的AE信号能量值、计数、质心频率以及EMR信号能量值的突增行为可作为煤体突出的前兆信息。(3)煤巷掘进诱导突出实验过程的声电信号的波形及功率谱对煤体破裂较时序、频域敏感,趋势更明显。煤巷掘进诱导突出实验过程的声电有效信号的波形分为强盛期、衰败期和平缓期;声电有效信号的波形幅值随着掘进的推进而增大;AE有效信号的波形波长不断缩短,在突出附近出现“尖脉冲”型骤减;EMR有效信号的波形波长不断增大。(4)煤巷掘进诱导突出实验过程的AE有效信号的功率谱分为上升期和平静期,EMR有效信号的功率谱则较为震荡,二者谱峰均随着掘进的推进而升高。AE有效信号主频带携带的能量在掘进全过程持续升高,其它频带携带的能量只在突出附近阶段升高。EMR有效信号各频带携带的能量均在掘进诱导突出全过程大幅升高。在突出实验过程中,声电有效信号的主频带均始终位于0~10kHz范围,表明此频带对煤体微破裂敏感。40~50kHz和25~34kHz分别作为声电有效信号的敏感频带,对突出附近煤体大尺度破裂较为敏感。(5)结合突变以及模糊数学理论,选取AE强度、EMR强度、AE质心频率、EMR质心频率为控制变量,以煤巷掘进工作面煤与瓦斯突出危险性为状态参量,构建了煤与瓦斯突出蝴蝶型突变模型,建立了煤与瓦斯突出蝴蝶型突变模糊预警方法。研究成果具有一定的理论依据和实验基础,能够揭示煤与瓦斯突出演化过程声电信号的时频特征,充分获取突出前兆信息,精确预警煤与瓦斯突出,减少突出事件的误报及漏报率,具有广泛的应用前景。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TD713
【部分图文】：

10（b）成品图 2-1 型煤试样制作模具及成品Figure 2-1 Finished products and mould made of briquette sample

2 煤体受载破裂声电信号监测实验系统载破裂声电监测实验系统主要由压机加载控制及记录系干扰信号屏蔽系统、电磁辐射天线、声发射传感器等组 2-2 所示，实物图如图 2-3 所示。机加载控制及记录系统验选用 Y4306 型伺服液压试验机控制系统，该型号压制两种加载方式，可进行拉伸、单轴压缩、分级加载、种实验。加载系统由 DCS 控制器、液压油泵、压机主。实验过程中，试验力示值分辨率最高可达 1/300000，的采样速率高达 100Hz，压机载荷-位移记录系统可实载荷-位移等曲线。

制及记录系统 （c）声电信 2-3 煤体受载破裂声电监测实验系统实物picture of fracture monitoring experimental sylectromagnetic radiation of coal sample under 集系统，电磁辐射和声发射信号采集系统C-II 型声-电动态数据采集系统，该系统/D 转换及数据存储等功能。该系统主益放大器、A/D 转换模块和波形处理模通道的电磁辐射和声发射信号，并可一个前置放大器和一根同轴屏蔽电缆，倍数为 100 倍（40dB），采样速率为 1，较高的采样速率可以记录信号的细作原理为，声电传感器接收原始信号后增益放大器及滤波电路，然后通过 A
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 张亮亮;;煤与瓦斯突出灾害监控预警技术研究[J];山东煤炭科技;2018年12期

2 丁浩江;;煤与瓦斯突出危险性评价的未确知测度模型[J];煤矿安全;2018年02期

3 黄永佳;;煤与瓦斯突出机理浅析及预防对策展望[J];山东工业技术;2018年05期

4 周波;;煤与瓦斯突出防治技术[J];内蒙古煤炭经济;2018年02期

5 赵学军;霍晓林;;我国煤与瓦斯突出的研究现状及展望[J];内蒙古煤炭经济;2018年02期

6 杨泷;;高突矿井煤与瓦斯突出综合防治技术探讨[J];山东工业技术;2018年13期

7 王立杰;;煤与瓦斯突出特点分析及预控措施[J];内蒙古煤炭经济;2018年11期

8 王振离;;煤与瓦斯突出防治探析[J];内蒙古煤炭经济;2018年12期

9 郝志强;;浅析煤与瓦斯突出影响因素及防治措施[J];能源与节能;2018年08期

10 剡志许;;我国煤矿煤与瓦斯突出现状及防治对策[J];科技风;2017年24期

相关博士学位论文 前10条

1 王启飞;掘进巷道煤与瓦斯突出机理的应力演化过程研究[D];中国矿业大学(北京);2018年

2 温廷新;煤矿生产灾害预警与应急管理研究[D];辽宁工程技术大学;2016年

3 闫孝姮;掘进工作面煤与瓦斯突出非线性动态预测研究[D];辽宁工程技术大学;2016年

4 王雅迪;煤与瓦斯突出时期矿井通风系统灾害演变研究[D];辽宁工程技术大学;2017年

5 李慧;煤与瓦斯突出演化机制及消突工程应用研究[D];太原理工大学;2017年

6 李胜;煤与瓦斯突出区域预测的模式识别方法研究[D];辽宁工程技术大学;2004年

7 张瑞林;现代信息技术在煤与瓦斯突出区域预测中的应用[D];重庆大学;2004年

8 张国辉;煤层应力状态及煤与瓦斯突出防治研究[D];辽宁工程技术大学;2005年

9 张豫生;基于地质构造的煤与瓦斯突出预测研究[D];辽宁工程技术大学;2006年

10 高雷阜;煤与瓦斯突出的混沌动力系统演化规律研究[D];辽宁工程技术大学;2006年

相关硕士学位论文 前10条

1 邢跃强;非均质条件下的煤与瓦斯突出试验研究[D];中国矿业大学;2019年

2 夏善奎;煤与瓦斯突出演化过程声电信号时频特征研究[D];中国矿业大学;2019年

3 张酉年;掘进工作面煤与瓦斯突出声电瓦斯预警指标优化研究与应用[D];中国矿业大学;2019年

4 李映洁;多源信息融合技术在煤与瓦斯突出预测中的应用研究[D];中国矿业大学;2018年

5 李树凯;巷道掘进面穿越含瓦斯断层带突出机理研究[D];郑州大学;2013年

6 赵剑楠;基于大数据理论的煤与瓦斯突出影响因素研究[D];重庆大学;2018年

7 罗小航;基于煤与瓦斯突出物理模拟试验的数值模拟分析研究[D];重庆大学;2018年

8 刘璐璐;基于声发射多参数的煤与瓦斯突出风险预测研究[D];辽宁工程技术大学;2018年

9 刘汀;基于电磁辐射法的煤与瓦斯突出研究[D];辽宁工程技术大学;2016年

10 李海霞;煤与瓦斯突出预测控制系统研究[D];辽宁工程技术大学;2016年

本文编号：2863605