[发明专利]一种标准煤岩样品压裂过程震电磁效应同步监测装置及方法

说明书

一种标准煤岩样品压裂过程震电磁效应同步监测装置及方法，适用于深部地下动力灾害的超前监测预警研究。包括监测夹具骨架和高频数据采集监控系统，监测夹具骨架(14)内侧上设有多个与标准煤岩样品侧壁面紧贴的震动传感器、电法电极和磁法线圈，固定在监测装置内的标准煤岩样品在压裂过程中，由震动传感器捕捉煤岩变形破坏产生的震动信号，由电法电极捕捉煤岩变形破坏产生的自然电场电位差，由磁法线圈捕捉煤岩变形破坏产生的瞬变磁场强度；通过捕捉被测样品压裂变形破坏或渗流过程的震电磁三场信号特征，建立煤岩破裂面与物理场效应之间的关系谱，为深部地下工程动力灾害的预测、评价和防治提供理论支撑。

技术领域

本发明主要涉及一种标准煤岩样品压裂过程震电磁效应同步监测装置及方法，尤其适用于深部地下动力灾害的超前监测预警研究。

背景技术

目前，深部地下动力灾害的防治仍然是一项国际性难题，通常采用单一场被动监测，无法较为全面地认识动力灾害。相关学者对岩爆、煤与瓦斯突出等深部动力灾害的机理仍持有不同观点，同步得到煤岩动力灾害从孕育、发展和突变过程中的弹性波场、电磁场及地电场三场能谱与形变特征，是一个亟待解决的关键问题。

由于理论研究的蓬勃发展，地球物理监测方法中的微震监测技术和电磁辐射监测技术已广泛应用于冲击地压、煤与瓦斯突出等动力灾害的监测及预测实际工程研究中，从而使得国内外微震监测仪和电磁辐射仪得到迅速发展。

微震监测系统开发于上世纪七十年代初期，20世纪80年代微震监测技术应用于我国煤矿，主要的手段就是震源定位，通过实时的分析微震震源位置以及微震震级大小划分易发生塌陷、顶板下沉和瓦斯突出等危险区域。90年代开始，全数字型微震监测技术和设备开始得到广泛的应用，目前国外南非、波兰、加拿大、澳大利亚、美国等分别研制出了ISS、SOS、Paladin Seismic Recorder-V2等有较强影响力和较广应用范围的微震采集与处理系统。国内微震监测系统方面的研究工作起步较晚，2003年李庶林等在凡口铅锌矿建立了一套全数字型64通道微震监测系统；2005年，中国矿业大学和国家地震局共同研制了TDS–6微震信号数据采集试验系统；2007年，姜福兴利用自主研发的本安型微震监测系统进行了煤矿突水的微震监测；中国矿业大学窦林名、大连理工大学唐春安等通过分析研究冲击前兆微震信号的频率特征来有效的诊断冲击地压的危险程度以达到预防冲击地压和岩爆等事故的目的，并研究优化了煤矿监测台网布设，达到了提高微震定位精度的目的。

在煤岩动力灾害电磁辐射监测仪器的开发应用方面，80年代未至90年代初前苏联全苏矿山测量与矿山地质力学研究院先后研制了“EГ-9”、“ВOЛHα-1”、“ВOЛHα-1”型测量仪器，用以评价工作面前方的冲击矿压和突出危险状态；俄罗斯科学院西伯利亚分院矿业研究所研制的ИЭМИ-1型电磁脉冲接收仪。20世纪90年代开始，国内外学者V.I.Frid、A.N.shabarov、何学秋、王恩元、窦林名等针对煤岩体破坏过程中电磁辐射产生的机理、特征、规律等进行了大量的科学实验研究，为电磁辐射监测技术应用于煤矿煤岩动力灾害的预测预报奠定了理论基础并得到了广泛应用。重庆分院马超群、陆道儿等研制了MTT-92型煤与瓦斯突出危险探测仪；2003年，中国矿业大学王恩元等研制了KBD5型矿用本安型煤与瓦斯突出电磁辐射监测仪和之后的KBD7型煤岩电磁辐射连续监测系统及数据处理软件(接收频率范围0～500kHz，有效探测距离7～22m。魏建平等研究了矿井煤岩动力灾害的电磁辐射预警机理，开发了煤岩电磁辐射连续监测仪的配套软件，并应用于煤与瓦斯突出和冲击矿压的预警。刘文波通过Ansoft HFSS软件对电磁辐射监测仪接受天线进行了仿真设计与性能参数优化,进一步改善了电磁辐射接收天线的接收效果，增强了接收天线的方向性。