采动煤岩信号传播与动力灾害微震响应特征

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基于微震信号是煤岩冲击破坏内部信息的载体,间接反映煤岩体内部结构及应力变化,构建煤巷采动多通道微震监测系统。来探究爆破采动微震信号在不同介质中的传播和衰减特征和爆破采动下煤岩冲击破坏的微震响应特征。爆破采动微震信号传播和衰减特征方面:通过对12个通道,共计10个传感器接收到的爆破采动微震信号进行组合分析,得出信号在顶板和煤层介质中呈现出如下规律:顶板岩层接收到信号的平均波速、加速度均高于煤层,2种介质中信号的加速度均与爆破装药量成正相关,与传播距离、介质密度负相关;爆破采动微震信号能量、信号时长随传播距离分别呈指数、线性衰减,近爆心处煤层传播爆破采动微震信号能量、信号时长均高于顶板,超过一定距离后顶板高于煤层;爆破采动微震信号传播距离有限,顶板的有效传播距离高于煤层,装药量与有效传播距离线性正相关。爆破采动微震信号低频部分的品质因子高于高频部分,顶板岩层的品质因子高于煤层。爆破采动下煤岩冲击破坏的微震响应特征方面:通过对采集到的爆破采动、煤体压出和煤壁片帮三类微震信号进行详细分析,并结合现场资料得出:煤体压出微震响应事件呈非线性分布,连续发生的煤体压出事件,压出瞬间破坏强度呈不断上升趋势;爆破采动作用会极大地降低工作面前方煤壁的稳定性,是煤体片帮的首要诱导因素,煤体自适应应力调整期是预防煤岩冲击灾害的重点监测时段;本次试验中,爆破掘进、煤体压出和煤壁片帮三类冲击破坏微震信号,从峰值持续时间、信号初至传感器至恢复稳定用时和能量释放量三方面,均呈现出爆破>压出>片帮的规律;三种微震信号呈现不同的频谱特征:煤体压出微震信号主频为800Hz,:爆破采动微震信号主频为400Hz,煤壁片帮微震信号主频为1000Hz;三类微震信号低频部分主要由冲击破坏作用贡献,高频部分主要由煤体崩落作用贡献,且冲击破坏作用越大,其信号低频下探程度越低。试验结论为非接触式监测煤岩动力灾害提供了理论基础,有助于微震信号传播介质选取、传感器布设优化,为完善微地震预警煤岩动力灾害提供一定的帮助。
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