一起頂板斷裂誘發(fā)沖擊地壓的聲發(fā)射效應(yīng).pdf

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1、2014年第4期煤礦支護17石家莊中煤杯l評論文一起頂板斷裂誘發(fā)沖擊地壓的聲發(fā)射效應(yīng)[注]劉廣建薛俊華余國鋒劉洋。羅慈友左源耀[1一中國礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院；2-深部煤炭資源開采教育部重點實驗室，江蘇徐州221116}3一淮南礦業(yè)集團公司；4-深部煤炭開采與環(huán)境保護國家重點實驗室，安徽淮南232001]摘要峻德煤礦某工作面在8月30日發(fā)生一次強沖擊顯現(xiàn)，通過分析聲發(fā)射監(jiān)測的數(shù)據(jù)，得出聲發(fā)射在回采期間沖擊前兆的變化規(guī)律。聲發(fā)射與巖石斷裂有密切聯(lián)系，能監(jiān)測煤層頂板誘發(fā)的沖擊地壓。研究表明：聲發(fā)射活動值和

2、能量值的變化趨勢能夠反映工作面的沖級礦壓危險程度，當(dāng)其值穩(wěn)定在一個數(shù)值附近時，工作面處于安全狀態(tài)，當(dāng)數(shù)值突然升高或者降低時，工作面處于危險狀態(tài)。研究結(jié)論為煤礦利用聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)對沖擊礦壓進行預(yù)警提供了一定依據(jù)和參考。關(guān)鍵詞聲發(fā)射沖擊地壓監(jiān)測預(yù)警前兆效應(yīng)著較為深刻的認識。譚云亮等認為，沖擊1引言地壓的聲發(fā)射效應(yīng)具有前兆信息，可以用來對沖擊地壓進行監(jiān)測預(yù)警以及防治。潘一山聲發(fā)射是一種聲學(xué)效應(yīng)，這種效應(yīng)來源等認為，將損傷力學(xué)的觀點和聲發(fā)射技術(shù)于是煤巖體破裂過程中向外傳遞的彈性波，相結(jié)合來，綜合分析沖擊地壓

3、的孕育過程，記錄的是釋放的能量，也稱地音n]。與微震將使人們很清楚地研究沖擊地壓的發(fā)生機現(xiàn)象不同的是，聲發(fā)射為一種高頻率、低能理。李秋林等[7]研究了聲發(fā)射來自于巖石微量的震動。大量試驗及現(xiàn)場研究也表明，聲破裂的現(xiàn)象，從巖石損傷力學(xué)的角度，深刻發(fā)射是煤巖體內(nèi)應(yīng)力釋放的前兆，利用聲發(fā)解釋了聲發(fā)射預(yù)測預(yù)防沖擊地壓的內(nèi)在原射現(xiàn)象與煤巖體受力狀態(tài)的這種相關(guān)性，可因，同時明確了兩者之間的關(guān)系。賀虎等]以監(jiān)測到采礦或頂?shù)装宓木植糠秶鷥?nèi)未來幾通過分析煤巖體損傷破壞與聲發(fā)射之間的耦天可能發(fā)生的動力現(xiàn)象，進行沖擊地壓

4、的合關(guān)系，以及對利用聲發(fā)射評價沖擊礦壓危評價。險的可行性進行了分析論述，提出了評價沖通過對沖擊地壓預(yù)防實踐和數(shù)據(jù)分析，擊礦壓危險性的聲發(fā)射指標及其表達方式和表明現(xiàn)場監(jiān)測對于沖擊地壓發(fā)生有著良好預(yù)危險等級的劃分。測預(yù)防效果。由于聲發(fā)射現(xiàn)象與巖石的微破本文通過峻德煤礦的聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)進裂過程直接相關(guān)，很多學(xué)者都對聲發(fā)射進行行數(shù)據(jù)分析，對“8．30”沖擊地壓事故進行了大量的研究，發(fā)現(xiàn)用于監(jiān)測預(yù)報巖石的破分析總結(jié)，得到?jīng)_擊地壓發(fā)生前聲發(fā)射現(xiàn)象壞甚至沖擊地壓方面較為合適，對于聲發(fā)射的規(guī)律，以便應(yīng)用于現(xiàn)場實踐，

5、期望能促進的研究已越來越受到人們的青睞[2]。早在聲發(fā)射技術(shù)的發(fā)展。1930年，美國的學(xué)者Obert和Duvall就應(yīng)用聲發(fā)射檢測技術(shù)來分析和確定巖石受到壓2聲發(fā)射效應(yīng)監(jiān)測沖擊地壓原理載后的破裂位置]。隨后國內(nèi)外的許多學(xué)者以及工程師都進行了很多的試驗和現(xiàn)場研聲發(fā)射研究的目的是，根據(jù)測得的數(shù)據(jù)究，對于煤巖體破壞過程中的聲發(fā)射特征有確定煤巖體中的應(yīng)力狀態(tài)以及預(yù)測強礦震的l8煤礦支護2014年第4期發(fā)生]。煤巖體中裂縫的擴展會導(dǎo)致煤巖體式(2)表明了地音與巖石破壞過程和中的微破裂超限，進而引發(fā)大斷裂，最終

6、產(chǎn)巖石破壞危險之間的關(guān)系。生沖擊地壓[1仉n]。在煤塊壓載破壞的聲發(fā)射試驗結(jié)果(圖聲發(fā)射信號的形成是力學(xué)現(xiàn)象，可由多1)表明，隨著壓載的過程，聲發(fā)射頻率降種因素引發(fā)，最常見的是巖石的變形和破低，說明有小裂隙發(fā)育擴展成為大裂隙，直斷，也可能由巖石相位錯動，摩擦滑動及其至破壞。它引發(fā)。對于最低能量信號，聲發(fā)射源是煤6．0E+045．0E+O4巖體中的微斷裂，這與金屬研究中的結(jié)果類、4—0E+04似。由塑性變形的斷裂理論可知，煤巖體斷I3．OE+04＼裂速度變化時，會發(fā)一定的彈性波。聲發(fā)射2．OE+o4、

7、-、---．1L0E+04能量較高時，煤巖體會出現(xiàn)脆性破斷，顆粒0．0E+O4間的滑移，以及塑性滑移和塑性變形等現(xiàn)0246810121416象。巖石的宏觀破斷則會產(chǎn)生更大能量的時間t／s信號。圖1煤塊聲發(fā)射實驗聲發(fā)射頻度為單位時間內(nèi)的脈沖總數(shù)。聲發(fā)射頻度的變化反映的是巖石非彈性體積3聲發(fā)射效應(yīng)監(jiān)測沖擊地壓的現(xiàn)場實踐變形速度的變化，而脈沖總數(shù)量的變化與巖石非彈性體積變形的變化密切相關(guān)[】。3．1沖擊地壓的介紹Mogi總結(jié)了巖石結(jié)構(gòu)與聲發(fā)射信號之間的峻德煤礦三水平北l7層三四區(qū)一段工關(guān)系，將其為三類：I

8、類一超過巖石強度極作面開采17層煤頂分層，采高3．6m，工作限后主震動(斷裂)而且很強烈，預(yù)先沒有面走向長1486m，傾斜長168m。上區(qū)段已信號而出現(xiàn)斷裂(再次)，這種巖石為均質(zhì)，采完，下區(qū)段未開采。17層煤厚8．21～很小的空隙率和解理，應(yīng)力分布均質(zhì)；Ⅱ類14．15m，平均11．18m，傾角28～3O。，平～一主震動(斷裂)比I類弱，但預(yù)先有震動均29。。偽頂為0．2～3．33m炭頁巖，直接脈沖。這類為非均質(zhì)，而空隙、解理、壓力頂為5．2～14．9m的灰色粉砂巖，