机械振动下含瓦斯煤人工声学信号频谱响应特征研究
杜锋1
崔伟龙1
马骥2
王凯1
魏风清2
孙加智1
1.中国矿业大学(北京)共伴生能源精准开采北京市重点实验室,北京 100083;中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院,北京 1000832.河南理工大学 安全科学与工程学院,河南 焦作 454000
摘要：随着煤矿开采深度不断增加,井下不同的作业方式作为外界振动诱导突出事故频发并造成严重危害.不同瓦斯压力情况下,根据人工声学信号的幅频特性可以分析工作面附近煤岩体的应力与应变状态,监测煤体强度,预测采掘工作面动力现象的危险性.自主设计并研制了机械振动激励含瓦斯煤体人工声学信号试验装置,开展了含瓦斯煤体在机械振动激励下的人工声学信号频谱响应特征试验研究,推导了考虑人工声学信号频谱响应特征的含瓦斯煤体流-固耦合模型,基于数值模拟获得了含瓦斯煤体力学场特征.得到主要结论如下:(1)含瓦斯与不含瓦斯煤体的人工声学信号频谱响应特征指标K值随轴向加载应力呈上升-下降-再上升趋势,且K值与轴向加载应力的关系可用指数函数的形式表示,瓦斯压力大小会影响该指数函数的常数项;K值还随煤体瓦斯压力增大而减小.(2)煤体应力与K值在卸压和应力集中区域变化显著,在原岩应力区较稳定;K值与煤体所受应力的关系可以用指数函数拟合,且瓦斯压力越高,常数项C值越大;K值与煤体应力分布规律和变化趋势一致,可以反映煤体的应力状态;渗透率与人工声学信号频谱响应特征指标K值受煤体受力、瓦斯压力等影响,呈现特定的变化规律.研究完善了机械振动激励人工声学信号反映煤体应力状态与瓦斯突出危险性预测的理论,为预防预警煤与瓦斯突出提供了创新技术手段和方法,对保障矿井安全生产具有较大意义.
关键词：含瓦斯煤人工声学信号频谱响应特征流-固耦合模型煤与瓦斯突出
分类号：TD713(矿山安全与劳动保护)
资助基金：深部探测技术与实验研究专项(2024ZD1003904)国家自然科学基金(52374249)国家自然科学基金(52130409)国家自然科学基金(52404119)炼焦煤资源绿色开发全国重点实验室开放基金资助项目(4104020211205z)
论文发表日期：2026-02-28
在线出版日期：2026-03-10（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：17( 144-160 )
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