[01844133]含瓦斯煤岩体动力灾变前兆信息识别与预警

煤炭是当下与今后长期支撑我国国民经济发展的主体能源。赋存于地下一定深度的煤炭资源在人工采动影响范围内,受应力重新分布以及瓦斯解吸的影响,容易诱发煤与瓦斯突出、冲击地压等煤岩动力灾害。煤岩体在破坏之前的一段时间会以弹性波的形式释放积蓄的能量,产生声学信号,这类现象目前已广泛应用于预测煤岩动力灾害的发生。但以目前实验手段识别的前兆声发射信息及其特征,难以指导现场煤矿动力灾害的监测预警。具体表现在：其一,现有前兆信息研究成果基本是基于煤岩试样单轴或三轴准静态压缩试验获得的,实验条件下的煤岩材料破坏与发生动力灾害过程中的煤岩结构破坏的差异性,直接导致前兆信息识别差异;其二,受尺寸效应影响,实验室研究成果难以直接推广应用到实际工程中;其三,现有的煤岩动力灾害监测精度低,如常用的微震监测系统,其震源定位定位误差在15～50m。 项目针对上述科学技术难题,团队历时十余年攻关研究,形成了一套含瓦斯煤岩体动力灾害前兆信息识别与预警的理论、方法与技术体系,主要创新性成果如下： （1）为解决现有试验条件无法模拟煤岩动力灾害过程而导致前兆信息识别差异的难题,发明了煤与瓦斯突出多参数监测试验系统及含瓦斯煤冲击倾向性测定装置,实现了含瓦斯煤岩体动力灾害的全过程模拟及多场多参数信息的实时、高速、精准采集。 （2）为突破实验尺度的煤岩动态破坏与工程尺度的煤岩动力灾害之间的尺寸效应瓶颈,采用连续序参量定量表征了煤岩体突发性失稳二阶相变特性与动力演化过程,首次提出了无尺度特征的声发射雪崩效应理论灾变预警方法,实现了基于声发射前兆特征信息的煤岩动力灾害多尺度一体化预测。 （3）为提高煤岩动力灾害前兆信息监测精度和预警可靠性,建立了基于雪崩临界值浮动特征的煤岩动力灾害危险性判别模型,统一了含瓦斯煤岩体灾害危险程度评价标准,开发了“宽频广域”递进精准化煤岩动力灾害监测预警系统,提高了震动监测精度和预警的可靠性。 项目研究成果为我国含瓦斯矿井安全开采、煤岩动力灾害预警提供了一套切实可行的理论方法与技术体系,研究成果达到国际领先水平。授权发明专利13项、软件著作权3项,发表SCI/EI检索论文41篇。项目成果已在神华新疆能源公司、山东枣庄矿业、贵州大运矿业、天健矿业等多家单位得到了成功应用,累计新增销售额近30亿元、利润近8亿元,取得了显著的安全、经济和社会效益。