预测含气煤岩砼灾害的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种通过监测含气煤岩砼变形破裂电磁辐射信息预测预报含气煤岩砼灾害动力过程及现象的技术方法及装置，它是将高灵敏度宽频带定向接收天线架设在被测区域的中心，天线开口朝向被测区域，由天线接收到的电磁辐射信号经测量电路和单片机系统的数据采集、处理，确定出能反映含气煤岩砼的灾害危险性的电磁辐射强度Ａ和脉冲数Ｎ，当Ａ或Ｎ超过其预警临界值时，发出警报。本装置结构简单，携带、使用方便，测试准确、可靠。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通过一种监测变形破裂电磁辐射信息监测含气煤岩砼变形破裂过程或预测预报含气煤岩砼灾害的技术方法及设备。煤岩灾害动力现象范围很广，涉及到许多工程领域和自然灾害。在矿山条件下，有煤与瓦斯突出、岩石与瓦斯突出、矿山冲击、矿震、顶板塌陷和边坡滑移等；在地面上，有山体滑移、地震、坝基失稳及岩石混凝土建筑失稳倒塌等。煤岩灾害动力现象的危害是巨大的，除带来大量的人员伤亡之外，还给国民经济造成巨大的损失。含瓦斯煤岩灾害动力现象尤以煤与瓦斯突出最为典型。在矿山条件下，随着采掘深度的加深和产量的不断增加，煤与瓦斯突出等煤岩灾害动力现象有增加的趋势。当前所采用的静态工作面突出危险预测方法(钻屑倍率法、钻孔瓦斯涌出初速度法及其它综合指标法)，简称静态法，都是通过钻孔来实现的，因此又可称为钻孔法。静态法打钻及参数测定需占用作业时间和空间，工程量很大，预测作业时间也较长，对生产有一定的影响，预测所需费用也较高。并且这种静态法的准确性也不是很高，易受人工及煤体分布不均匀的影响。煤层或煤体及其内部所含有的瓦斯并不是均匀分布的，也不是稳定的。在钻孔附近取得的预测结果仅仅是局部的，并不能完全代表整个预测步长范围内的突出危险性，在预测时刻取得的结果也只是静态的，并不能完全代表煤体稳定前整个时期内的突出危险性，因为煤体处于动态变化之中，延期突出就是例证。因此动态连续预测的研究正日益引起人们的重视。目前，突出的动态连续预测有两条途径，其一是声发射监测技术。煤和岩石内部存在大量的裂隙等缺陷。煤岩砼破裂的结果就是裂隙的产生、扩展、汇合贯通。研究表明，裂隙的产生和扩展都将以弹性波的形式产生能量辐射，这就是声发射。美国、加拿大和法国等国家将声发射技术用于岩爆预测，在七十年代中期到八十年代末期前苏联、澳大利亚、美国、德国、日本和波兰等国家对将声发射技术用于预测预报煤与瓦斯突出进行了试验研究，但其效果不是很好。究其原因，主要是由于声发射的技术特点所决定的①声发射是煤岩材料受载破裂时产生的，在煤岩体的缓慢变形过程中，声发射很弱，甚至不会产生声发射；②声发射技术要求传感器与煤岩砼进行很好的耦合，这在实际现场中是非常困难的，无法实现真正的非接触；③声发射监测系统仪器结构及信号接收、转换都很复杂，排除外界干扰非常困难，特别是在工作场所中。动态连续预测的另一种方法是利用环境监测系统连续监测工作面的瓦斯涌出变化特征，分析涌出与突出的关系从而预测突出。预测采用的技术指标是掘进工作面放炮后30分钟内的瓦斯涌出量与落煤量的比值V30和瓦斯涌出变动系数Kv。这其实是一种单因素指标，只考虑了瓦斯因素，而对于应力和煤岩体的结构及强度没有考虑，这显然是相当片面的，其可靠性可想而知。与声发射相比，利用煤岩变形及破裂过程中产生的电磁辐射预测煤与瓦斯突出等灾害动力现象的电磁辐射法有许多优点电磁辐射信息综合反映了煤与瓦斯突出等煤岩灾害动力现象的主要影响因素；可实现真正的非接触；信息的接收、传输等比较简单，且易于实现定向接收。我们的研究结果还表明，电磁辐射信息较声发射丰富，即使在含瓦斯煤体缓慢的变形过程(或流变过程)中也有信号产生；可望实现从理论上确定预测指标及其临界值。与现行的预报方法相比更有效快捷，大大减少了工作量，基本不受人工等外界干扰(对于井下机电没备等电磁干扰，则可采取屏蔽或定向接收技术来排除)，可实现连续监测及预报，不影响生产，既能探测煤壁附近的突出危险性及突出危险带的方位，又能检验防突措施的效果。岩石变形及破裂过程中电磁辐射的研究与地震研究密切相关。前苏联、中国、美国和日本的地震前期都发现有极为明显的电磁异常现象。许多实验结果表明，含压电材料和不含压电材料的岩石都有电磁辐射产生。在近20～50年内，电磁辐射效应的研究，无论是理论研究，还是在应用研究方面，都取得了飞速发展，但主要集中在地震预报领域。在接收震前电磁辐射信息的方法及仪表方面，也取得了很好成果。贺霞君等研制了地震电磁脉冲微电脑记录仪，并申请了国家专利技术专利(公开号CN1062040A)。该地震电磁脉冲记录仪能够记录的频率范围为0.01Hz～2kHz，且只能记录脉冲数。中国专利CN2050174V中公开了一种“地震电磁信息接收机”，该接收机是由地上接收系统、地下接收系统、监测与时标电路及记录系统等部分组成，它是通过地上、地下对比来区别电磁前兆信号与地面干扰信号。显然，该系统过于复杂，仅适于接收来自大规模孕震区域的电磁信号。欧洲专利EP0067924公开了一种“预报地震的方法和装置”，中国专利CN1032240A公开了一种“地震前兆交变电信息接收仪”，上述两项专利技术均以接收地电信号来进行地震的短临预报，而地电信号是一个非常复杂的物理量，在缺少理论及试验研究的情况下其预报地震的准确性是难以令人信服的。中国专利CN1051625A公开了一种“接收震前电磁辐射的方法及设备”，它是将地震信息天线架设在地质断层附近的大型金属物质表面上，并安装地震测向天线，两组天线捕获的电磁信号对应通过滤波整流及检波电路经A/D模数转换通道进入计算机进行数据处理、分析。可见，已有的电磁辐射研究成果主要是针对地震领域，测试频率为低频以下，大多为超低频或甚低频，只适于远距离测试坚硬岩石的大规模破坏时产生的电磁辐射，不适于对煤体及软弱岩石变形破裂或较小规模(与地震相比)的强烈变形破坏电磁辐射进行近距离测试。研制的仪表也没有预报功能，仅能接收电磁辐射信号。另外还有一个严重的缺点，就是对受载岩体变形破裂产生电磁辐射的机理和规律特征不清楚，而电磁辐射技术的应用必须建立在对电磁辐射的产生机制和规律进行深入研究的基础之上。用电磁辐射法预测含气煤岩砼较小规模灾害(煤与瓦斯突出、坝基失稳、滑坡和冲击地压等)方面还没有成熟的技术及装置。本专利技术主要是为了解决上述不足而提出的，为进一步研究煤岩砼材料的变形破裂机制及过程提供技术手段，为准确应用电磁辐射预测预报含气煤岩砼灾害动力现象提供一套新的有效的装置。专利技术了一种通过监测含气煤岩砼变形破裂电磁辐射预测含气煤岩砼变形破裂过程及灾害动力现象的技术方法，专利技术了一种能够准确测定含气或不含气煤岩砼电磁辐射的装置，通过强度和脉冲数两个指标的变化来反映含气煤岩砼的灾害危险程度。装置设计为本质安全型，能够在煤矿井下使用。装置体积小，操作方便，灵敏度高，可实现连续监测或人为设定的不连续监测。具有数据采集、数据处理、数据存储、可与PC机通讯、报警等功能。我们的研究结果表明，受载煤岩砼变形及破裂过程中有电磁辐射信号产生。电磁辐射和声发射信号并非严格同步。声发射主要集中在煤体破裂较剧烈的过程中，而电磁辐射则在煤岩体的缓慢变形破坏过程中也会出现。这表明，电磁辐射与声发射不是同源辐射，它们之间有着不完全相同的产生机制，电磁辐射信息更能准确反映含气煤岩的破坏发展过程，用电磁辐射来预测煤岩材料的变形破裂过程更可靠。对煤体变形及破裂过程中得到的电磁辐射信号进行的时域统计分析表明，煤体电磁辐射信号的幅值、脉冲数随载荷及变形破裂强度的增加而呈现增强趋势。对电磁辐射的频谱分析表明，电磁辐射是频谱很宽的脉冲信号；煤岩体的变形及破裂过程中，电磁辐射的频谱并不是一成不变的，而是随着载荷及变形破裂强度的增加而增高。含孔隙气体煤变形及破裂过程中产生的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过监测含气煤岩砼变形破裂过程中电磁辐射信息预测预报含气煤岩砼灾害动力过程及现象的技术方法，包括以下步骤：ａ．架设高灵敏度宽频带定向接收线圈天线（１）接收含气煤岩砼变形破裂电磁辐射信号；ｂ．对接收到的电磁辐射信号进行记录，其特征在于：用可调固定架将天线（１）架设在被测区域的中心，天线开口朝向含气煤岩砼的被测区域，天线与被测区域的距离小于５米最为适宜；当预测含气煤岩砼灾害动力现象时，天线的轴向平行于被测煤岩砼的外表面；当预测预报煤与瓦斯突出时，天线的轴向与煤层的倾向垂直。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何学秋，王恩元，钱建生，刘富强，刘贞堂，陈治国，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]