声发射技术在采矿工程中的应用

０．７ ７号 煤 层 ，ｆ＝３
茹 茹—
灰 色细 砂 岩 ，灰 白 色 中 砂 岩 与黑 色 粉 砂 岩
４３．９
二 层 ．ｆ＝５ ７
０．６ ｌ０ 号煤 ຫໍສະໝຸດ ，ｆ＝３．５ ２１．０ 灰 色 细 砂 岩 及 细 中 砂 岩 二层 ，ｆ＝６～１０
４．１ ｌ卜号煤 层 ，ｆ＝３．５
灰 白色 中砂 岩 ，夹 灰 色 细 砂 岩 ，ｆ－６ １０
１声 发射 系统 结构 及工 作原 理 声 发射 的原 理是指岩石等材料在荷载 的压力 下 会 发 生一 定 的变 化 ，比如 ：变 形 、破 裂 等 ，大 多 数 这 种 变化 是 不 可 逆 的塑性 变 ，能够 瞬 间 用 弹性 波 的 方式对能量进行释放。声发射系统简称 ＡＥ，由发达 滤波器 、信号处理系统 、传感器三部分组成 ，其结 构 如图 １所示 ，其工作原理是在声源发出后 以直接和 折射两种方式到达接收器 ，并在检测对象缺 陷部分 安 放 传感 器 ，然 后 声 源 发 生信 号 ，经过 耦 合 面 到 达 传感器 ，然后传感器接收信号 ，传送 给发达滤波器 ， 对信 号进 行 分 析 处理 ，最 后 用 信号 处 理 系统 进 行 建 模 分 析 ，最 终 显 示 给 相 关 工作 人 员 ，其 工 作 原 理 如 图 ２所示 。
２０１８年 １０月 第 ３１卷 第 ５期
山西 能源 学 院学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｈａｎｘｉ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ
０ｅｔ．．２０１８ Ｖ０ｌ＿３１ Ｎｏ．５
· 煤 电技 术 研 究 ·
声发 射技术在采矿工程 中的应用
武 斌
（山 西钜 盛 能 源集 团有 限公 司 ，山 西 宁武 ０３６７００）
ｌ３４．５ 岩 ，底 部为砂砾 岩，ｆ－１～Ｉ４
１．５ ２号煤层 ，ｆ＝３．５
２４．０ 灰色粉砂岩和灰 白色细砂岩二层 ，ｆ＝６～１ １
２．０ ３号 煤 层 ，ｆ＝３～４
２８．３ 灰 白色 中粗砂岩 、细砂岩 ，ｆ＝７—９
０．５ ４号 煤 发 达地 区 ｆ＝３
３０．０ 灰 白色 中粗砂岩 、细砂岩 、夹粉砂 岩 ，ｆ＝５～８
【摘 要 】随着煤炭开采 向深 部 、复杂条件 下发展 ，发 生的矿 灾矿 难情况也 随之增加 ，为 了降低矿 难的发 生几
率，保证企业能够安全地 生产，引入 了声发射技 术，依靠频谱分析法判 断开采地 的岩石 以及 瓦斯 等情况 ，不失为一种
可靠的手段 。本文研究 了声发射技 术在蹬 空开采中的初 步应 用，为煤矿 的安全 生产提供 了一种新的保 障。
声 发射探头
图 １ 发 射 系统 结 构
图 ２ 工 作 原 理 图
由于煤体本身的构造是很不均匀的 ，并且其 内 部会有大量 的缝 隙 ，如果煤体在受到的荷载 已经达 到了最大的极限 ，那么久很有可能 出现煤体从 内部 炸裂 的情 况 ，破碎 的 时候 就 会 发 出 一 种 声 波 ，属 于 一 种弹性波 ，这种波的主要作用是用来 释放煤体中 的 能量 ，当荷 载 达 到一 定 程 度 的 时候 ，煤 体 原 有 的 内部平衡状态就会被打破 ，煤体内部裂缝措施突发 爆 破 。此 后 煤 体 的声 发 射 开 始 进 入 比较 活跃 的 阶 段 ，便可以对煤体发生的弹性波进行收集和分析 ， 利用 声 发射 系统 中 的相 关参 数 对 其进 行 分 析 ，对煤 体 出现 突 出 的事 件进 行 一定 的预 测 ，找 到煤 和 瓦斯 突 出的界 限 。
算 如下 ：在 进行 单个 煤层 开采 的时 候 ，会 发生 边 采边 垮 的现 象 ，若 是 将垮 落 过 程 中顶 板 的下 沉 量 忽 略 ，
收 稿 日期 ：２０１８－０５—２５ 作者简介 ：武斌（１９８７一 ），男 ，山西忻 州人 ，山西钷盛能源集团有限公 司工程师 。
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武 斌 ：声发 射技 术 在采 矿工 程 中的应 用
表 １ 煤 、层 柱 状 示 意 表
岩层 厚 度，ｍ
岩性 描 述
’。，：．，
上 部 为 黄 土 层 ，中 部 为 灰 白 色炭 质 细 中砂
２声 发射 技术在 蹬 空开 采 中的 实例研 究 以 山西大同煤 田中的大斗和永定庄煤矿 为例 子 ，这两个煤矿为相邻关 系 ，其邻居关 系的界定标 准 是 ，大 斗 沟 煤 矿 开 采 整 个 矿 的 ２、３煤 层 ，剩 下 的 由永 定庄 煤矿 进行 开采 。永定 庄 煤矿 对 ｌｌ号 ８８１ １／ ８８１３这 两个 工作 面 进行 了 回采 ，然 而 由于 过度 的开 采使大斗沟 ３号煤层 中的 ４０６盘 区出现了蹬 空的 状态 ，其 地质 特征 如表 １所 示 。
根 据 大 斗沟 ３号煤 层蹬 空开 采 可行 性 的评 判 ， 将 对上 行 开采 的三带 进行 研 究 。永 定庄 将下 面煤 层
开采之后 ，煤层上部顶板就会发生掉落 、断裂 、弯曲 下 沉 的变 化 ，也 叫做 三 带 变化 。如 果 上层 的 煤层 处 在 了断 裂 的 位 置 又恰 好 处 于 弯 曲下 沉 带 中上 部 的 时 候 ，那 就证 明可 以进行 上行 开采 。在 １ｌ号煤 完成 开 采之 后 ，其 相 应 的垮 落 带 和断 裂带 的最 大 高度 计
【关键词 】声发射技 术；采矿 工程 ；安全 生产
【中图分类号 】ＴＤ７１３
【文献标识码 】Ａ
【文章编号 】２０９６—４１０２（２０１８）０５—００２８—０２
声发射技术能够在不接触的情况下 ，对地下矿 井 中的煤体和瓦斯情况进行预报 ，从 而提高了预报 的安 全性 ，声 发 射 技术 之 所 以能 够 对 矿井 中的 瓦斯 等进行预测主要依靠对声发射信号 的采集 与分析 ， 但是 由于开采现场 的声信号很复杂 ，难免会造成误 差 ，因此需要在数据接收处安装一个声信号过滤 器 ，将无用的信号全部都过滤掉 ，提取最有用 的信 息 ，如此 才 能够 对 井 下 的煤 与 瓦斯 的情况 做 出 正确 的判 断 ，提 高煤 矿 生产 的安 全性 。