AE信号参数预测预报煤岩与瓦斯突出危险性的进展及展望.pdf

2005年2月 矿业安全与环保 第32卷第1期 AE信号参数预测预报煤(岩)与瓦斯 突出危险性的进展及展望 吴自立 (煤炭科学研究总院重庆分院，重庆400037) 摘 要：煤与瓦斯突出预测预报是一个十分复杂而棘手的问题。基于各种原理的监测方法很多，利 用声发射(AE)信号参数预测预报煤与瓦斯突出危险性，被许多国家的研究人员公认为是一种最有发展 前途的方法。介绍了俄罗斯近年来的一些研究成果，并以南桐煤矿54煤层掘进时应用AE信号参数预 测预报煤与瓦斯突出为实例，详细介绍了该项研究的成果；对AE信号参数预测预报煤与瓦斯突出危险 性进行了展望。 关键词：煤与瓦斯突出；预测预报；声发射；进展；展望 中图分类号：TD713 文献标识码：A 煤(岩)与瓦斯突出是煤矿井下发生的极其复杂 的动力现象。它是由地应力、煤层瓦斯压力、煤的力 ～680 Hz)，且绝大多数AE信号转移到了高频范围， 学特性以及采动影响等多因素综合作用的结果。实 在这个范围内约50％的信号达到500。600Hz，比非 验室和现场研究表明：尽管煤与瓦斯突出是突发性 危险带高33％。 的，但在突出前均有预兆显现，即有声预兆和无声预 在突出危险带内，采煤机采煤和打孔时AE信号 兆，这些预兆为研究煤与瓦斯突出预测预报提供了 的频率范围实际上是一致的。 方法和途径。 由声信号振幅的平方所决定的声信号能量在煤 煤(岩)体在受力变形过程中以弹性波的形式释 与瓦斯突出前发生更大的变化。例如，近工作面煤 放应变能的现象称为声发射(AE)，声发射技术是研 层部分非突出危险状态所特有的震声过程的稳定性 究煤(岩)力学性质的一种声学方法。AE信号主要 被短时的变形滞后和停止声发射所替代，然后被声 源于煤(岩)体在载荷的作用下被破坏，裂纹的产生、 发射迅速增加所替代。 扩展及断裂过程中。煤(岩)体的大裂纹出现之前通 在非突出危险的近工作面煤层中，煤与瓦斯突 常有若干小的裂缝形成，随着这些小裂缝相互连通， 出前特有的稳定震声过程变为短时的变形滞后并停 逐渐扩大，最后形成大的裂纹。裂缝的形成和扩展 止声发射，然后声发射迅速增加，这说明煤岩体转为 造成地应力的松弛，使贮存的能量以应力波的形式 突出的破坏加剧。突出前的脉冲数增加50％一 (即高频振荡)突然释放。如果能早期监测出AE高 100％，能量增大3—4倍。 频信号，探测出煤(岩)体的破坏过程，就能保证现场 我国从事AE信号参数预测预报煤(岩)与瓦斯 人员有充分的时间采取行之有效的防突方法和防突 突出危险的研究始于“七·五”期间，经过多年的探索 措施。 和攻关，积累了丰富的经验。 1 AE信号预测预报煤(岩)与瓦斯突出危险 2南桐煤矿5”突出煤层掘进时AE参数的 性的进展 测定 近年来，俄罗斯的研究人员对煤与瓦斯突出危 2．1 AE传感器的安装 险煤层和非突出危险煤层声发射信号的频率和数量 煤(岩)声发射活动信息的采集是通过AE传感 进行研究表明，在非突出危险带AE信号的频率范围