单轴加载过程中煤样破裂声波特征实验研究

为了研究单轴加载过程煤样破裂声波特征.采用实验测试的方法,对研究区煤样进行了单轴加载过程声波特征测试.并采用声发射计数、小波变换、时频分析等分析方法对测试结果进行了分析.分析结果显示:在煤样变形过程中,声发射变化特征与煤样变形特征具有较好的一致性.并且,在煤样发生破坏时,有明显的次声波异常变化.因此,可以采用次声波与声发射相结合的方法,对煤矿煤岩体的破坏进行预测.这对提高煤矿地质灾害预测的准确性具有重要意义.     

煤样破坏前兆次声波预测研究

为了研究煤样破坏前兆次声波预测的可行性.采用理论分析与实验室测试相结合的方法.首先,对大量文献进行查阅、分析,从理论上证明了进行次声波预测的可行性.然后,采用自主研发的煤岩渗流装置进行了模拟测试,采用小波阈值去噪、巴特沃斯滤波器对测试结果进行了去噪、滤波处理.并采用时频分析、频谱分析等波形分析方法和分形维数等参数分析方法进行了分析.分析结果显示:在煤样发生峰值破坏前均有异于之前次声波频率的异常次声波产生;并且,随着加载进行,分形维数值呈整体波动性增加,在破坏前有一个相对的稳定期.利用这些特征可以进行破坏前兆的预测,并且具有较好的预测效果.说明了次声波预测方法进行煤样破坏预测的可行性,为煤矿地质灾害预测提供了一种新方法.     

次声波监测煤岩动力灾害的可行性研究

本文从现状分析和实验测试两方面探索次声波监测煤岩动力灾害的可行性,分析煤岩单轴压缩过程中次声波信号与加载应力的对应关系.研究结果表明:1)次声波技术可以实现矿井煤岩动力灾害的远距离、非接触性监测;2)煤岩在单轴加载变形破裂过程中能产生显著的次声波信号,在失稳破坏即将发生或发生时,次声波信号出现较大幅度值;3)在受载煤岩变形破裂过程中,次声波信号幅度值随着应力的增大呈增强趋势,两者具有较好的对应关系.次声波具有传播距离远、衰减小和穿透能力强等特点,对煤岩变形破裂过程中产生次声波现象的进一步研究可为预测预报矿井煤岩动力灾害的发生提供重要的研究方法和技术手段.     

三轴加载含水煤样波速与孔隙率关系实验研究

煤的孔隙率影响煤的吸附、渗透能力,且它也是衡量煤体内部结构及孔、裂隙发育状况的重要指标.而水力增透技术在瓦斯抽采中的作用效果常常受到水的影响,且瓦斯抽采量也会受到含水煤层的影响,为更客观地了解含水煤层状态下的孔隙率的变化情况,采用超声波透射法对赵固二矿二1煤层不同层理方向煤样在干燥及自然饱和吸水状态下进行三轴加载超声波测试试验,研究干燥及自然饱和水三轴加载状态下煤样超声波波速与孔隙率关系.研究结果表明:相同条件下,加载煤样饱和煤样波速大于干燥煤样,且加载煤样饱和状态下不同层理方向波速变化易区别.而加载煤样饱和煤样与干燥煤样孔隙率变化与波速变化相反,加载煤样饱和状态下不同层理方向孔隙率变化不易区别;通过分析加载条件下饱和煤样与干燥煤样波速与孔隙率关系,发现无论是干燥煤样还是饱和煤样在加载条件下都符合对数关系φ=-aIn(Vp)+b且a值与围压有关,b值与孔隙率变化量有关.通过研究含水煤样在不同加载条件下对煤体波速和孔隙率的影响以及波速和孔隙率之间的关系,为煤炭物性勘探技术提供有效试验数据与理论基础,也为煤炭物性预防安全开采提供理论基础.     

三轴加载含水煤样波速与孔隙率关系实验研究

煤的孔隙率影响煤的吸附、渗透能力,且它也是衡量煤体内部结构及孔、裂隙发育状况的重要指标.而水力增透技术在瓦斯抽采中的作用效果常常受到水的影响,且瓦斯抽采量也会受到含水煤层的影响,为更客观地了解含水煤层状态下的孔隙率的变化情况,采用超声波透射法对赵固二矿二1煤层不同层理方向煤样在干燥及自然饱和吸水状态下进行三轴加载超声波测试试验,研究干燥及自然饱和水三轴加载状态下煤样超声波波速与孔隙率关系.研究结果表明:相同条件下,加载煤样饱和煤样波速大于干燥煤样,且加载煤样饱和状态下不同层理方向波速变化易区别.而加载煤样饱和煤样与干燥煤样孔隙率变化与波速变化相反,加载煤样饱和状态下不同层理方向孔隙率变化不易区别;通过分析加载条件下饱和煤样与干燥煤样波速与孔隙率关系,发现无论是干燥煤样还是饱和煤样在加载条件下都符合对数关系φ=-aIn(Vp)+b且a值与围压有关,b值与孔隙率变化量有关.通过研究含水煤样在不同加载条件下对煤体波速和孔隙率的影响以及波速和孔隙率之间的关系,为煤炭物性勘探技术提供有效试验数据与理论基础,也为煤炭物性预防安全开采提供理论基础.     

沁水盆地太原组煤层岩石物理性质、镜质组反射率与微观结构实验研究（英文）

为了分析沁水盆地太原组煤层岩石物理性质、镜质组反射率与微观结构之间的关系,采集了三个不同煤矿井下的11个煤岩样品,利用MTS岩石物理参数测试系统对煤样进行弹性参数测试,通过薄片鉴定和扫描电镜对11个煤样的有机显微组分、镜质组最大反射率和微观结构特征进行了分析。对上述实验结果进行交会分析发现:一些弹性参数之间具有线性关系;纵波速度与横波速度均具有各向异性特征,其各向异性特征与镜质组最大反射率有良好的负相关性;纵横波速度、杨氏模量与微孔含量呈负相关关系。获得的煤岩岩石物理参数之间的关系构成了煤岩地震岩石物理建模和煤层气地震反演技术的基础。     

AVO技术预测构造煤实例研究

构造煤预测对于煤矿生产安全具有重要意义.本文根据实测煤样弹性参数建立AVO正演模型,通过研究构造煤P、G属性交会图分布规律发现,沿背景趋势线方向指示了煤层破坏程度,据此提出煤层破坏程度指示因子预测构造煤分布.通过与常规伪泊松比识别构造煤方法进行对比,发现基于交会图分析计算得到的煤层破坏程度指示因子与构造煤发育具有更好的一致性,区分不同结构煤体的能力也有所提高.     

邹城地区矿震、爆破和(天然)地震事件的特征分析

采用FSS-3DBH型井下地震计,测量山东省邹城市区域发生的矿震、爆破和天然地震相关事件信息,通过波形分析与波谱分析,对比研究不同类型地震事件特征.结果表明,该区域发生的矿震、爆破和天然地震的波形、幅值及频率等特征指标存在明显差异.通过实时监测该区域地震事件和进行相关的特征分析,可以为研究区域地震的基本规律提供客观数据和科学依据.     

基于煤样劈裂过程声发射响应的煤样脆塑性预测研究

煤层脆塑性的准确预测,对制定合理的排采制度,实现煤层气井高产有重要意义.采用实验测试和理论分析相结合的方法,对研究区煤样进行了劈裂过程声发射测试实验.实验结果显示:在煤样发生破坏时,不同脆塑性煤样声发射响应有很大差异.其中,脆性煤样发生破坏时,声发射计数呈间歇性跳跃增长,随后快速下降的变化特征;塑性煤样发生破坏时,声发射计数呈连续增加,随后快速降低的变化特征.两种煤样变化特征有较大差异,可以作为脆塑性预测的依据.这为地面煤层气水力压裂过程基于声发射进行煤层脆塑性预测提供了一种新思路,对提高煤层脆塑性预测的准确性,实现煤层气的高效开采具有重要指导.     

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.     

拼合岩样受力时的变形和波速异常特征

本文选用不同的加载速率对完整岩样和多块拚合岩样,进行单轴压缩试验,观测样品的变形特征和波速异常特征,初步得到拼合岩样与完整岩样在强度、变形、波速异常等方面存在着一定的差异,但在波速异常时间、尾波衰减率及频谱特征等方面又显示某些相似性。     

煤矿井下槽波三维数值模拟及频散分析

采用交错网格高阶有限差分法编制了地震波场三维正演模拟软件,设计了基于镜像法原理处理煤矿井下近水平和起伏巷道特殊空间的算法;模拟了煤矿井下含巷道和不含巷道情况下煤层中传播的地震波场,并分析其频散特征.结果发现:由于巷道的影响,巷道壁上产生很强的巷道振型槽波,煤层中则出现了以Love型为主的槽波,据此分析了实际槽波记录的形成机理,研究结果对今后煤矿井下巷道地震超前探测和工作面弹性波透视等具有重要的理论意义和实际价值.     

气饱和孔洞型介质动静参数关系的数值模拟研究

采用实验手段研究岩石的动、静弹性参数的变化规律及动、静态参数间的相互关系时存在着测试成本高,工作量大,普适性差且可靠性较低等问题.对岩样在单轴压缩加载条件下的破坏过程,采用岩石破裂过程分析RFPA系统进行数值模拟,获取岩样的应力—应变曲线可计算得到静态弹性参数.从弹性波动理论出发,采用交错网格有限差分方法,对超声波透射实验进行数值模拟,获取纵、横波速度可计算得到动态弹性参数.对50块不同的气饱和孔洞型岩样同步计算其动、静态弹性参数,并分析动、静态弹性参数随孔隙度的变化规律及动、静态弹性参数间的关系.结果表明:动弹性模量大于静弹性模量,且二者之间的线性关系良好,而动、静泊松比之间不存在明显的相关关系.该项研究为动、静弹性参数关系研究提供了新的方法,研究结果对于指导储层预测、油气检测以及地震资料综合解释都有重要的意义.     

六种不同变质程度煤的纵横波速度特征及其与密度的关系

对采自不同地区和煤矿的六种不同变质程度煤样进行常温常压条件下的超声测量.测量发现:煤的纵波与横波速度均与密度存在良好的线性正相关关系,且沿煤层走向、倾向和垂直煤层层理方向的纵横波速度逐渐降低;走向、倾向和垂向上的纵波速度与同一方向的横波速度也存在良好的线性正相关性;六种煤样三个方向间的速度各向异性一般都大于10%.通过与经典经验公式—Gardner与Castagna公式理论换算值的对比发现:由于煤层的软岩特征,理论换算煤的纵波速度、横波速度与实验室实测值之间存在较大误差.因此,在煤田地震勘探中应使用根据煤的岩石物理测试而形成的关系式.     

北京地震前的异常次声波

观测并研究了2011年10月12日发生在北京海淀区的一次小地震前4天,五个次声监测站点接收到的异常次声波信号.这五路信号的波形一致,均为"N"形脉冲波,且持续时间基本一致,约在一个小时左右.基于Wigner-Ville分布方法对信号进行时频分析发现次声波能量主要集中在0.025 Hz的频率以下.五路信号间的相关系数均高达0.8左右.采用波束形成方法对信号源进行成像定位研究,其结果表明:该地震前异常次声波源的位置与地震发生时震中的位置相差约5 km.本文的分析结果说明了地震前可能有低频大气次声波的产生,研究这类次声波可能为地震的预测提供一种有价值的信息.     

煤矿老空水全空间瞬变电磁响应三维数值模拟及应用（英文）

煤矿老空水是煤矿安全的最大隐患。本文对煤矿老空水的全空间瞬变电磁响应特征进行了数值模拟研究。传统的数值模拟方法不能直接模拟井下全空间瞬变电磁场。我们采用了以多组发射线圈代替传统的单发射回线的方式,使在有限差分法直角网格中加载任意方向发射回线,同时根据全空间特点对磁场的z分量算法进行了改进;根据煤矿实际地质资料建立全空间三维地电模型,采用时域有限差分法模拟了含煤地层中不同位置和不同形态老空水模型的全空间瞬变电磁响应,并分析其视电阻率特征。数值模拟结果表明:煤层与其顶底板电性差异对视电阻率分布产生较大影响,致使视电阻率分布呈以巷道迎头为圆心的近似圆形分布;不同位置和不同形态的老空水模型,其视电阻率等值线低阻异常区与其基本吻合,当老空水位于巷道迎头位置一侧时,由于全空间效应的影响,在另一侧产生一范围相对较小的低阻假异常区,但其等值线数值相对较高。将井下瞬变电磁法应用于实际老空水的探测中,探测资料圈定的老空水位置为后期钻探结果所证实,证明了所提出的方法是合理与有效的。     

云计算环境下震前震源异常次声波自动识别方法

云计算下采用三点阵次声源定位方法,在自动识别震前震源次声波过程中不能自动筛选识别大量的异常次声波数据,导致震前监测准确度不高且效率低下。因此提出一种云计算环境下震前震源异常次声波自动识别方法,构建JNS异常次声波数据采集筛查模组,全天候实时扫描访问端口,快速反馈异常次声波数据,采用NDS异常次声波数据序列异常检测算法快速识别错误序阵,准确回查、定位和锁定异常次声波数据;利用震前震源异常次声波自动识别方法分类识别异常次声波信号,判断该信号是否是地震可疑信号。实验结果表明,所提方法可有效自动识别震前震源异常次声波信号类型,信号分类准确率最大值达到99.99%;多次识别耗时最大均值仅为1.3min,具有准确率高和效率快的优势。     

煤及煤层气储层导电特性研究综述与展望

随着人类对天然气资源需求的剧增,煤层气勘探开发已备受业界重视.煤层气勘探开发的诸多技术均移植于常规天然气.常规天然气储层的含气饱和度与电阻率间具有良好的相关性.对于煤层气储层,煤层含气量与电阻率间是否具有相关性、其影响因素主要有哪些,对电阻率预测煤层含气量至关重要.本文翔实调研了国内外煤及煤层气储层导电性研究的相关文献,系统总结了煤体结构、煤的变质程度、温度及水分等对煤体导电性的影响特征,并细致梳理了含气煤储层吸附和解吸过程中电阻率变化规律.系统总结得知,现有研究成果多集中在煤体导电性的研究方面,煤层含气量与煤储层导电性间的内在定量关系尚不清晰.借助于煤岩样标定电阻率测井,进而来分煤阶、分煤体结构来研究煤层气储层导电性是本领域发展的趋势.     

地质雷达井下探测瓦斯富集区特征研究

地质雷达由于能够直接识别地下目标体,井下探测快速,不影响生产,分辨率高,在煤矿瓦斯灾害防治方面有较大的优势.本文基于地质雷达基本原理,探讨井下探测工艺,分析井下数据处理的方法,对井下瓦斯富集区异常特征进行分析,并与其他地质异常进行了比较.研究结果表明若在传播距离范围内存在明显的回波异常,则有可能存在瓦斯富集区.随着研究的深入,地质雷达有望突破瓦斯富集区探测的难题.     

大理岩的剪切波分裂对差应力变化响应的实验研究

利用ＤＺ９５型多通道瞬态波形记录仪和ＧＣ－１００型工程多波参数分析仪,对山东莱州大理岩进行了剪切波分裂观测研究．通过两组岩样的测量,在带有自然优势定向排列裂缝的岩样在无加载状态下发现剪切波的分裂现象,而带有优势层理走向的完整岩石则在加载到一定程度下才能观测到剪切波的分裂．随着载荷的增加,多数岩样在临近破坏时都记录到剪切波分裂的时间延迟有一个迅速的抬升,但抬升之前的变化过程不同,不同位置的观测结果也大不相同．实验还发现,在一定压力下,即使载荷保持不变或卸载一加载,岩石中剪切波分裂的时间延迟仍然增加,我们称之为“惯性生长”．在实验中,还少量地记录到一些声发射事件,和人工源的效果一样,也可在接收波形中清楚地分辨出剪切波的分裂．