工作面煤壁振动信号分析

刘泗斐，师 鹏，万志军，吕嘉锟，卢帅峰，王业常

(1. 中国矿业大学 矿业工程学院，江苏 徐州 221116；2. 福兴集团有限公司，山东 枣庄 277300 )

动力扰动是煤矿生产中必不可少的现象[1]，其 产生的应力波在煤体内传播，促进煤岩裂隙演化，进而诱导煤岩损伤并发生失稳破坏[2-3]。大的动力扰动，如采动[4]、爆破破岩[5]等，对煤层输入能量较大，能引起煤岩较大的动力响应，并可能引发冲击矿压和煤与瓦斯突出等动力灾害的现象已在试验和现场得到证明[6-8]。实际工程中，某些较小的动力扰动，如割煤、打钻[9]等，也能诱使煤岩发生破 坏[10-11]，甚至促发煤岩动力灾害，却经常被忽 视[12]。但随着对深部高能位煤层动力灾害发生机理研究的加深，这些较小的扰动也逐渐被认识，特别是割煤因素已逐渐进入研究视野[12-13]。动力扰动在使矿山应力重新分布的同时[14]，也造成煤岩强度弱化[4]，在工作面与掘进头形成较大范围的松动圈，降低机具截割难度，给生产带来便利。特别是某些低能量扰动，在高应力环境中可以使岩石内部裂纹得到有效扩展，诱导岩石破坏且效果明显[15-17]。综上所述，小扰动对生产具有明显的两面性，既能触发煤岩动力灾害，也能降低煤岩截割难度，因此，有必要加强对其的认识。

有学者试图提取井下割煤作业的振动信号，但经过多种变换未能获取较为清晰的数据[18]，因此获取井下煤壁振动信号是非常困难的。本文借助国家能源采掘装备研发中心的煤机装备试验系统，采集了割煤作业在煤壁产生的振动信号，分析了工作面不同割煤工况下煤壁的振动特性，并应用此振动诱导高能位煤岩破坏，为提出弱化割煤诱发动力灾害的建议和提高微扰动破岩效率的方法提供基础依据。……