论文中文题名: | 基于声发射特征的含水煤体钻屑法临界指标优化试验研究 |
姓名: | |
学号: | 21203077036 |
保密级别: | 公开 |
论文语种: | chi |
学科代码: | 081901 |
学科名称: | 工学 - 矿业工程 - 采矿工程 |
学生类型: | 硕士 |
学位级别: | 工学硕士 |
学位年度: | 2024 |
培养单位: | 西安科技大学 |
院系: | |
专业: | |
研究方向: | 冲击地压 |
第一导师姓名: | |
第一导师单位: | |
论文提交日期: | 2024-06-24 |
论文答辩日期: | 2024-06-02 |
论文外文题名: | Experimental study on critical index optimization of drilling cuttings method of water-bearing coal based on acoustic emission features |
论文中文关键词: | |
论文外文关键词: | rock burst ; drilling cuttings method ; water-rich coal ; acoustic emission ; critical index |
论文中文摘要: |
内蒙古、陕西地区部分冲击地压矿井由于受到顶板砂岩含水层影响,煤层含水率过高钻屑煤粉泥化成团导致钻屑量始终不超标,钻屑法结果存在误差甚至失效,影响现场冲击地压危险的监测预警。基于此,本文以不同含水率煤体为研究对象,综合采用实验室试验、理论分析、数据统计和工程实践相结合的方法,对含水煤体在真三轴受载及钻进条件下声发射信号的重新拾取与定位、力学性质、能量演化特征和声发射空间分布规律进行了系统探究,进而获取计算理论钻屑量方法,并通过理论与试验称量钻屑质量比值得出不同含水条件下冲击煤体钻屑法临界指标。主要结果如下: 针对真三轴加卸载钻进试验声发射监测系统定位精度不足且易受外界信号干扰的问题,通过小波阈值降噪、波形互相关性分析、波形到时拾取和声发射源定位等一系列算法处理,对采集的声发射信号进行重新拾取和定位,通过验证发现声发射事件的分布特征与试件主要裂缝形态相符,能够较为精准地刻画试件破坏过程的裂纹扩展规律以及破坏方式,声发射定位精度大幅度提高。 开展了不同应力条件下真三轴加卸载钻进试验,含水煤体力学与声发射损伤特征研究结果表明:随含水率增大,声发射能量累计峰值均有不同程度降低,并且随应力水平升高,水对煤体的弱化程度逐渐加强。声发射空间分布规律研究结果表明:相同含水率条件下,声发射事件与应力水平呈正相关,随着载荷增大,声发射事件数量也逐渐增多,并由钻孔中心向四周扩散,与之对应的损伤裂隙在贯通后呈现剪切破坏的趋势。同时,由于水对煤体弱化作用的效果显著,使得这种破坏趋势在高含水率条件下,更易提前显现。损伤椭球体特征研究结果表明:随含水率增高,损伤椭球体的体积也逐渐增大,不同载荷水平的损伤椭球体体积均在含水率7.8%达到峰值。此外,声发射事件空间分散程度与损伤椭球体的体积具有一致性,损伤椭球体质量即为不同含水煤体受到应力及钻杆切削作用的主要损伤空间质量。 基于真三轴加卸载钻进试验不同含水率试件的理论与试验称量钻屑质量变化趋势,将两者质量差值程度划分为平缓区、缓增区和激增区,依次得出含水煤体的钻屑法修正系数H:当含水率为0%~2.7%、2.7%~5.4%和5.4%~7.8%时,H分别取1.00、2.09和3.96;当含水率大于7.8%时,钻屑法失效。通过修正系数H对富水冲击地压矿井钻屑法失效区域的临界指标进行校正,工程实践验证效果良好,为富水冲击地压煤层钻屑法临界指标的优化提供有效参考依据。 |
论文外文摘要: |
Due to the influence of sandstone aquifer in the roof of some rock burst coal mines in Inner Mongolia and Shaanxi Province, the amount of drilling cuttings in coal seam is not exceeding the standard, and the results of drilling cuttings method have errors or even failures, which affects the monitoring and early warning of in-situ rock burst danger. Based on this, this paper takes coal with different moisture content as the research object, and adopts the methods combined with laboratory test, theoretical analysis, data statistics and engineering practice to systematically explore the re-picking and positioning of acoustic emission signals, mechanical properties, energy evolution characteristics and spatial distribution law of acoustic emission of water-bearing coal under true triaxial load and drilling conditions. Then the method of calculating theoretical cuttings is obtained, and the critical index of the cuttings method under different water conditions is obtained by weighing the cuttings mass ratio between theory and test. The main results are as follows: Aiming at the problem that the acoustic emission monitoring system of true three-axis loading and unloading drilling test has insufficient positioning accuracy and is easily interfered by external signals, a series of algorithms such as wavelet threshold noise reduction, waveform cross-correlation analysis, waveform pick-up and acoustic emission source location are used to re-pick and locate the collected acoustic emission signals. Through verification, it is found that the distribution characteristics of acoustic emission events are consistent with the main crack morphology of the specimen, which can accurately depict the crack growth law and failure mode of the specimen failure process, and greatly improve the acoustic emission positioning accuracy. A true triaxial loading and unloading drilling test was carried out under different stress conditions. The mechanical and acoustic emission damage characteristics of water-bearing coal are studied. The results show that the cumulative peak value of acoustic emission energy decreases with the increase of water content, and the weakening degree of water on coal is gradually strengthened with the increase of stress level. The spatial distribution of acoustic emission shows that, under the same water content, acoustic emission events are positively correlated with stress level. With the increase of load, the number of acoustic emission events gradually increases and spreads from the center of the borehole to the periphery. The corresponding damage fracture shows a shear failure trend after penetrating. At the same time, due to the significant effect of water on coal body weakening, the failure trend is more likely to appear in advance under the condition of high water content. The characteristics of the damage ellipsoid show that the volume of the damage ellipsoid increases gradually with the increase of water content, and the volume of the damage ellipsoid reaches its peak at the water content of 7.8% at different load levels. In addition, the spatial dispersion degree of AE events is consistent with the volume of damage ellipsoid, and the mass of damage ellipsoid is the main damage spatial mass of different water-containing coal bodies subjected to stress and drilling pipe cutting. Based on the variation trend of cuttings quality of specimens with different water content in true triaxial loading and unloading drilling tests, the quality difference between the two is divided into flat zone, slow increase zone and surge zone, and the drilling cuttings correction coefficient H of water-bearing coal body is obtained in turn: When the moisture content is 0% ~ 2.7%, 2.7% ~ 5.4% and 5.4% ~ 7.8%, H is 1.00, 2.09 and 3.96, respectively. When the water content is greater than 7.8%, the cuttings method is ineffective. The correction coefficient H is used to correct the critical index of the failure area of the cutting-drilling method in the water-rich rock burst mine, and the engineering practice verifies the effect well, providing an effective reference for the optimization of the critical index of the cutting-drilling method in the water-rich rock burst coal seam. |
参考文献: |
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中图分类号: | TD324 |
开放日期: | 2024-06-24 |