AE信号参数预测预报煤(岩)与瓦斯突出危险性的进展及展望
吴自立
(煤炭科学研究总院重庆分院，重庆400037)
摘 要：煤与瓦斯突出预测预报是一个十分复杂而棘手的问题。基于各种原理的监测方法很多，利用声发射(AE)信号参数预测预报煤与瓦斯突出危险性，被许多国家的研究人员公认为是一种最有发展前途的方法。介绍了俄罗斯近年来的一些研究成果，并以南桐煤矿5#煤层掘进时应用AE信号参数预测预报煤与瓦斯突出为实例，详细介绍了该项研究的成果；对AE信号参数预测预报煤与瓦斯突出危险性进行了展望。
关键词：煤与瓦斯突出；预测预报；声发射；进展；展望
中图分类号：TD713 文献标识码：A 文章编号：1008—4495(2005)01—0027—03
煤(岩)与瓦斯突出是煤矿井下发生的极其复杂的动力现象。它是由地应力、煤层瓦斯压力、煤的力学特性以及采动影响等多因素综合作用的结果。实验室和现场研究表明：尽管煤与瓦斯突出是突发性的，但在突出前均有预兆显现，即有声预兆和无声预兆，这些预兆为研究煤与瓦斯突出预测预报提供了方法和途径。
煤(岩)体在受力变形过程中以弹性波的形式释放应变能的现象称为声发射(AE)，声发射技术是研究煤(岩)力学性质的一种声学方法。AE信号主源于煤(岩)体在载荷的作用下被破坏，裂纹的产生、扩展及断裂过程中。煤(岩)体的大裂纹出现之前通常有若干小的裂缝形成，随着这些小裂缝相互连通，逐渐扩大，最后形成大的裂纹。裂缝的形成和扩展造成地应力的松弛，使贮存的能量以应力波的形式(即高频振荡)突然释放。如果能早期监测出AE高频信号，探测出煤(岩)体的破坏过程，就能保证现场人员有充分的时间采取行之有效的防突方法和防突措施。
1 AE信号预测预报煤(岩)与瓦斯突出危险性的进展
近年来，俄罗斯的研究人员对煤与瓦斯突出危险煤层和非突出危险煤层声发射信号的频率和数量进行研究表明，在非突出危险带AE信号的频率范围为200～600 Hz，且多数在320～380 Hz(约占信号总 量的25％)；而在突出危险带，AE信号范围更窄(380～680 Hz)，且绝大多数AE信号转移到了高频范围，在这个范围内约50％的信号达到500。600 Hz，比非危险带高33％。
在突出危险带内，采煤机采煤和打孔时AE信号的频率范围实际上是一致的。由声信号振幅的平方所决定的声信号能量在煤与瓦斯突出前发生更大的变化。例如，近工作面煤层部分非突出危险状态所特有的震声过程的稳定性被短时的变形滞后和停止声发射所替代，然后被声发射迅速增加所替代。
在非突出危险的近工作面煤层中，煤与瓦斯突出前特有的稳定震声过程变为短时的变形滞后并停止声发射，然后声发射迅速增加，这说明煤岩体转为突出的破坏加剧。突出前的脉冲数增加50％一100％，能量增大3—4倍。
我国从事AE信号参数预测预报煤(岩)与瓦斯突出危险的研究始于“七·五”期间，经过多年的探索和攻关，积累了丰富的经验。
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