声发射/微震监测煤岩瓦斯复合动力灾害的研究现状

煤岩瓦斯复合动力灾害是深井开采面临的一种由冲击地压和煤与瓦斯突出共同作用的新的灾害表现形式.微破裂前兆是煤岩瓦斯复合动力灾变过程显现的共性本质特征,具有微震和声发射活动性.笔者在收集和阅读大量国内外煤岩瓦斯复合动力灾害资料的基础上,对煤岩瓦斯复合型动力灾害的监测技术进行了研究.研究结果表明:声发射监测技术和微震监测技术的原理相同,不同的是频谱范围有差异.煤岩瓦斯复合动力灾变过程要经历从微小破裂萌生→扩展→集结和从无序到有序的发展过程,声发射和微震监测技术可以很好的对灾变的整个过程进行监测,是研究煤岩瓦斯复合动力灾害的重要手段,对研究煤岩瓦斯复合动力灾害机制和前兆辨识具有重要意义.     

煤岩变形破裂电磁辐射的实验研究

对受载煤体变形破裂产生电磁辐射进行了实验研究及规律分析,并对煤岩变形破裂电磁辐射的机理进行了探讨分析．研究结果表明,煤体变形破裂时能够产生电磁辐射,电磁辐射信号与声发射信号并非严格同步,电磁辐射信号较声发射信号丰富,电磁辐射与煤岩体的变形破裂过程密切相关．煤岩电磁辐射技术在揭示煤岩变形破裂机理,预测、预报地震,矿山煤岩灾害动力现象及岩石混凝土建筑稳定性方面有着非常广泛的应用前景．     

利用煤体破裂电磁信号进行局部震源定位方法研究

准确预测煤岩破裂震源方位,确定采掘工作面重点灾害区域,可以使煤岩动力灾害防治措施更为有效.根据煤岩变形破裂电磁效应规律和电磁波基础理论,提出了一种利用电磁信号能量来确定局部震源方位的方法,并通过实验室定向接收实验和平煤十矿现场测试验证该方法的有效性.结果表明,电磁信号强度随着煤岩体应力状态变化而变化;两个正交天线接收的电磁信号能量分别与各自接收夹角余弦值的平方成正比,利用此比例关系可以确定震源的方位;电磁信号定位方法与静态指标法预测局部区域危险性具有较好的检验一致性.研究成果为煤岩动力灾害重点灾害区域的判定提供依据.     

冲击矿压危险预测的电磁辐射原理

由于煤岩冲击破裂过程中,裂缝的形成和颗粒的摩擦会产生电磁辐射,因此,可采用电磁辐射技术来预测煤矿的冲击矿压危险.研究表明,电磁辐射基本上随着加载及变形速率的增加而增强;在发生冲击性破坏以前,电磁辐射强度一般在某个值以下,而在冲击破坏时,电磁辐射强度突然增加;煤体应力越大,变形破裂越强烈,电磁辐射信号也越强.煤岩变形破坏的弹塑脆性模型分析表明,煤岩体的损伤速度与电磁辐射脉冲数、声发射事件数成正比,与瞬间释放的能量、变形速度成正比.对具有强冲击危险工作面进行的研究表明,电磁辐射完全可以预测煤矿冲击矿压危险,检验卸压爆破效果,而且准确率高,效果明显.     

煤岩变形破坏电磁辐射记忆效应实验研究

实验研究了原煤、型煤单轴压缩电磁辐射记忆效应特征、记忆内容及变化规律，探讨并分析了煤岩电磁辐射记忆效应机理.结果表明，煤岩变形破坏电磁辐射具有记忆先期最大应力、纵向应变、横向应变和体应变的能力，最直接的记忆内容是先期受到的应力、纵向应变和横向应变；当先期施加的应力水平大于70%～80%时，电磁辐射记忆能力迅速减弱，甚至根本失去记忆能力；煤岩损伤破坏过程的不可逆决定了电磁辐射过程的不可逆，电磁辐射过程的不可逆是煤岩变形破坏电磁辐射记忆效应的直接原因.煤岩电磁辐射记忆效应理论在地应力测试、巷道围岩不同应力区范围的确定及煤岩动力灾害预测等方面具有广阔的应用前景.     

煤矿冲击矿压监测与防治的实践与研究

煤矿冲击矿压实质是煤岩体能量积聚与释放的过程，它是一个动态的过程.因此冲击矿压的防治也应是一个动态的过程，其防治过程必须使得煤岩体中所积聚的弹性应变能达不到最小冲击能，从而防治冲击矿压的发生.电磁辐射能够反映煤岩体中所积聚的能量，卸压爆破可以释放能量.三河尖矿按此思路实施的冲击矿压动态防治技术，取得了良好的效果.     

煤岩变形破坏电磁辐射记忆效应的力电耦合规律

理论分析了煤岩变形破坏过程中电磁辐射脉冲数与损伤之间的关系，探讨了煤岩变形破坏电磁辐射产生机制及电磁辐射记忆效应的力电耦合规律，建立了等围压三轴应力状态下含瓦斯煤岩变形破坏电磁辐射记忆效应的力电耦合模型，实验测定并分析了单轴压缩状况下含瓦斯煤岩变形破坏电磁辐射记忆效应的力电耦合规律.结果表明，含瓦斯煤岩变形破坏电磁辐射记忆效应力电耦合模型很好地反映了煤岩变形破坏电磁辐射记忆效应特征规律和微观损伤机理.     

我国防止矿井瓦斯事故的地球物理探测技术进展

瓦斯事故是煤矿井开采作业面临的第一大灾害,它具有发生突然、动力巨大、伤亡力强、波及面宽等突出特点.瓦斯不均匀地的贮存在煤层中,突出于采动破坏的岩壁段,防止煤矿瓦斯事故是一个典型的地学问题.通过测量岩体物性差异预测瓦斯动力赋存的地质条件,通过测定物性差异体的三维空间位置可确定采矿作业的安全岩体隔离厚度,等等.近十年来地球物理探测技术为防止煤矿瓦斯事故发生发挥着关键作用.     

煤矿冲击地压的微地震监测研究

为了研究煤矿冲击地压与岩层在三维空间破裂之间的关系，进而探索依据岩层破裂规律预测和预报冲击地压的可能性，文中采用自行研制的防爆型微地震定位监测（MS）系统，基于定位原理，监测了山东华丰煤矿冲击地压煤层（四层煤）及其解放层（六层煤）开采过程中的岩层破裂过程和二次应力场分布变化的过程，得到了如下结论：冲击地压的发生与岩层破裂密切相关，四层煤下顺槽处于六层煤顶板破裂区的外边缘时，正处于高应力区内，在此处掘进容易引发冲击地压，必须将六层煤下顺槽位置向实体煤侧移动20 m以上，或将四层煤下顺槽位置内移20 m以上，才能消除四层煤的冲击地压；六层煤和四层煤开采时，工作面前方断层活化的距离分别为250 m和350 m左右，根据这一距离，及时对断层带进行卸压处理，可以消除由断层带引发的冲击地压；监测显示了工作面周围岩层的三维破裂形态和范围，为矿井确定防水煤柱的高度提供了可靠的依据；监测证明了厚层砾岩的破裂、断层活化、采场附近关键层的破裂是引起冲击地压的主要原因，证明了所研制的硬件和定位软件具有较高的精度和实用性，可以在煤矿和边坡、隧道等领域应用.     

矿山地震与瓦斯突出的相关性及其在震源物理研究中的意义.

介绍了矿山地震与瓦斯突出等煤矿灾害及成因， 并通过若干煤矿瓦斯突出和矿山地震的同震现象，论述了这些灾害在动力过程中的内在关系.这些震例表明，在高瓦斯煤矿， 矿山地震与瓦斯突出存在密切的相关.认为较大矿震伴随瓦斯的低值延时响应可能是瓦斯突出的预警信号.从矿震定位、震源机制、矿震成因、瓦斯突出条件等分析了矿震与瓦斯突出相关的机理. 进一步介绍了瓦斯流体对矿震的触发作用，尤其超临界流体的特殊性质在矿震发生中的重要作用.依据矿震与构造地震在机制方面的相似性， 讨论了上述结果在震源物理研究中的意义.      

受载煤体表面电位效应的实验研究

利用建立的煤体表面电位实验系统,研究了煤体在单轴压缩、拉伸、三点弯曲等不同破坏方式下的表面电位效应特征和规律. 研究结果表明, 煤体在受载破坏时能够产生表面电位, 并且表面电位与载荷呈较好的一致性,它们之间的相关系数可达到0.6～0.9;同时,载荷的变化会引起表面电位相应的变化,表面电位信号一般随载荷的增加而增强, 随载荷的降低而减弱;并且表面电位在煤样表面上的分布是随载荷增加及煤样的破坏而变化的. 通过煤体表面电位的研究, 对进一步深入研究煤体破裂电磁辐射的产生机理, 促进煤岩电磁辐射技术的发展和应用具有一定的作用. 同时,对于煤体表面电位的深入研究,可望为评定煤矿现场煤体应力状态及其稳定性、监测预报煤岩动力灾害提供一种新的方法和手段.     

煤系岩石物理力学参数与声波速度之间的关系

通过超声-时间动态测试方法系统地分析了煤系沉积岩石纵波和横波速度，计算了煤系岩石动弹性力学参数，同步测试了煤系岩石的静态力学参数，建立了煤系沉积岩石动弹性力学参数与静弹性力学参数之间和煤系岩石物理力学参数与其声波速度之间的定性定量关系.研究结果表明，煤系岩石的动弹性模量与岩石的纵波或横波速度具有很好的正相关关系，而与泊松比不具有这种正相关关系.煤系岩石的动弹性模量要大于其静弹性模量，而动泊松比要小于其静泊松比，它们之间呈线性相关关系.煤系岩石密度、单轴抗压和抗拉强度与其纵波或横波速度之间也呈正相关关系，它们分别服从二次函数、指数函数和线性函数分布.     

不同加载速率下煤岩单轴压缩电荷感应规律研究

利用自主研制的电荷感应仪,建立单轴压缩条件下煤岩电荷感应试验系统.研究了煤、花岗岩、砂岩在不同加载速率下的电荷感应规律.试验结果表明:煤岩电荷感应最大值在应力达到极限强度前出现,且随加载速率增加,电荷最大值比应力极限强度提前出现时间有减短趋势.不同性质煤岩体,电荷感应最大值有较大区别,花岗岩电荷最大值大于煤电荷最大值,煤电荷最大值大于砂岩电荷最大值.当应力较小时,煤岩只产生微量的电荷信号,当应力达到煤岩极限应力的90%左右时产生大量的电荷信号,说明煤岩电荷感应存在应力阈值.因此,电荷感应方法作为预测预报动力灾害是可行的,值得深入研究.     

岩石破裂电磁辐射（EMR）现象实验研究

岩石破裂电磁辐射现象是客观存在的物理现象.随着电磁辐射观测技术在地震研究、冲击矿压预测等领域的应用，极大地推动了岩石破裂电磁辐射的实验研究.本文对岩石破裂电磁辐射的影响因素以及相伴生的现象，以及有关的物理解释进行了概括介绍.由于不同研究者使用实验设计、实验参数、实验条件的不同，使得观测和研究结果同样难以统一认识.不同的研究者根据各自的试验提出了不同的物理机制.同时对已发现现象的重复性、证实性研究岩石试验缺乏.严重匮乏利用数值模拟以及建立模型定量研究岩石破裂的电磁辐射.此外，岩样实验系统不同于实际的地震系统，进行模拟震源环境的实验研究，发展大尺度的标本和原岩现场实验的基础上，如何建立室内室外岩石实验与地震观测事实之间的联系是问题的关键.     

Mining seismicity, gas outburst and the significance of their relationship in the study of physics of earthquake source

This paper presents an overview of mining seismicity, gas outburst and their origin. The internal relation of mining seismicity and gas outburst in the dynamic process is studied on the basis of the fact that these disasters sometimes occur simultaneously. The examples show a close relationship between mining seismicity and gas outburst in high gassy coal mines. It is proposed that strong mine shocks plus the response of low value and delay time are early warning signals. The mechanism of the relationship between mining seismicity and gas outburst is analyzed by using the location of mining shocks, focus mechanism, cause of mining shocks and conditions of gas outburst. The trigger action of gas fluid on mining shocks, especially the effect of the anomalous property of supercritical fluid on the preparation and occurrence of mining shocks is discussed. According to the similarity between min-ing-induced earthquakes and tectonic earthquakes in terms of mechanism, the significance of the above results in the study of physics of earthquake source is also discussed.