徐桂壮 安志刚 周永帅
中矿金业股份有限公司 山东 烟台 265400
摘要：随着我国煤炭企业的不断创新和发展，已逐渐开始向深部复杂矿难方向发展。矿难突发问题的最大概率逐渐增大。为了有效降低煤炭灾害发生的最大概率，保证煤炭企业的长期安全生产，有必要引入声发射光谱分析技术。基于光谱发射分析方法，及时分析判断煤矿区岩土瓦斯涌出是一种非常可靠的技术对策。鉴于此，本文将对无线声音波发射控制技术在我国采矿工程设计中的实际应用前景进行深入分析。
关键词：声音波发射控制技术；安全采矿工程；安全采矿生产
引言：声发射探测技术的广泛应用，可以根据不同的声接触，预测地下瓦斯矿井的油、气、煤、气的利用情况，促进矿井预测数据安全性的不断提高，声发射检测技术不仅能够有效、准确地预测井下瓦斯状况，其原因在于可以依靠的主要技术是实时采集声发射数据信号和进行噪声分析。但是，由于煤矿现场一般都有各种复杂的声发射信号，或多或少会造成一些误差，所以，还是必需在矿井数据信号接收的重要位置对具有声发射信号的各个过滤器部件进行及时安装，全部部件过滤的是无用的噪声信号，并对有用的声信息及时进行分析提取，这样一来，可正确地分析判断井下气体煤和瓦斯的实际使用情况，促进地下煤矿安全生产预报安全性的不断提高。
一、声发射技术
1、声发射技术
当材料结构受到外部荷载应力作用时，材料内部结构的不均匀性和各种结构缺陷的频繁存在会导致材料应力非常集中，导致材料整体局部应力能量分布不稳定。当累积稳定应变能力所要求的不稳定弹性应力重分布的重复状态达到一定程度时，稳定应力的重复分布就不会发生，从而逐渐达到一个新的稳定应力状态。在这一发展过程中，往往伴随着塑性裂纹流变、微裂纹开裂、位错和断层堆积的不断发生，导致宏观裂纹的不断产生和发展。这实际上是动应变和动能的有效释放和转化过程。这种由应力释放的声应变可能部分是由于这种应力是以声波的形式直接发射的。因为我们第一次注意到这种应力以声波的形式发出的现象，实际上是一种人耳在听觉场中可以同时听到的声波，一般称为声波发射。
2、岩体声发射技术的基本原理
针对大多数的地质岩体而言，它们大多都是非均质的，且部分岩体表面存在一定的裂缝，当其承载能力遭到破坏时，会直接产生声发射。接收从声源指向其物理接口发射的岩石声波，并实时分析发射信号的物理特性的接收技术称为岩石声波发射接收技术。在两个循环应力载荷的共同作用下，当最后一个应力载荷值没有完全超过岩石（体）在最后一个应力载荷作用下所能承受的最大应力值时，就不存在声波发射效应，即Kaiser效应。根据这一特殊现象，可以直接应用超声发射应力技术确定断层岩体变质原岩的断层应力。声应力水平与声应力大小成正比关系。岩体夹层结构物在承受较大重力载荷时，其声声波发射器功率急剧程度上升，结构一旦受到破坏，声音所发射的功率很快就会减少。因此，对高层岩体的振动声音和发射现象进行应力检测数据分析，可有效圈定岩体高应力区，预测气象预报提高岩体的应力稳定性。通常事件监测器的参数范围包括总规模事件、大规模事件、能率。岩体断层破裂处理过程中的超声波和发射器的活动主要存在初始活动区、剧烈活动区、下降活动区和沉寂活动区四个不同阶段。岩体的宏观地质破坏循环滞后于岩体声发射活动的高峰期。发射体活动达到峰值后的温度下降和声音平静，不仅表明整个岩体趋于稳定，也表明岩体发生了一定的结构破坏。可根据岩体监测能力参数的岩体大小、有无发生突变、是否完全达到临界稳定值、有无发生大事件等等来准确评价火山岩体的热稳定性。
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二、声发射技术在采矿工程中的应用
1、声发射监测系统
在整个工程当中，其中的工程系统规模以及工作模式各不一致，在系统进行声音和发射的信息检测采集过程中，必须对检测信息进行采集时的系统结构设置的工程合理性以及系统布置时的状况需要进行全面的分析考虑。通过测试使用大型圆形音频发生谐波传感器等设备进行监测声波实际，取得了较好的监测效果，得到了将失真元素的数目综合作用于声波的发射效果信号的模式特点。如果不是声音波发射信号监测确定值的这个确定值就可以通过使用模拟声音波发射器的信号监测得到，进行定时的物理参数设置，并可以得到发射信号的物理特征。声音波发射遥控监测技术的应用影响监测因素多，执行操作过程复杂，必须不断提高利用声音波发射监控技术监测操作的安全规范性，做好前期技术准备、仪表和检测设备的正确调试、传感器的正确使用，程序的自动调节等。目前已经设计完成了一套一种适合噪声数值为10米-100米的无线声音频发射噪音监测技术系统，为了有效降低声噪音发射监测技术的噪声监测使用成本，可以通过采用无线音频信号载波传输器的办法对其进行噪声监测。很多国家科研人员已经把这种声音波发射监测技术广泛用于对大气进行噪声检测，通过分析监测结果得到的大量数据和相关资料进一步对进行监测的结果准确性以及可靠性等程度问题进行系统分析和深入讨论。发现这种传动技术在仍然存在操作动态性好、零部件损伤、完整性强等有较多技术优势的情况同时，也仍然存在着一定的技术问题，有待于日后不断的更新完善，比如：技术操作程序规程还不够合理等。[2]
2、岩爆预测预报
利用YSS岩体声发射仪对岩爆煤层进行冲击地压预测。这个地区有许多小断层。采用单走向长壁煤柱采矿法，每35～40m留5m左右宽煤柱。通过对七煤柱采煤工作面一年多的监测，声发射参数的变化能正确反映煤（岩）的应力集中程度。冲击地压发生前，声发射参数变化非常显著；能量率本底水平可设定为5000e/min，当能量率有较大的跃变（一般大于2次），能量率绝对值在15000e/min左右时，有发生岩爆的危险；结果表明，柱的应变值与能量率基本一致，但能量率峰值比应变峰值提前1-3天。副井至开采处的境界距离线最近只有50余m，剥离、开挖可能造成副井边坡面和岩体承承应力的巨大调整及井下开挖副井过程过途中的巨大爆破力和振动，可能严重影响井下副井的结构稳定性，工人乘缶上下井没有安全感。由于副井为轴向约束结构，上部约束小于下部约束，边坡开挖影响的主要区域为竖井上部围岩。如果围岩扰动导致副井变形破坏，首先是上部围岩失稳破坏。因此，准确监测副井以上围岩的声发射活动是声发射监测系统应用的关键。利用YSZ和YSD岩体声发射自动监测仪，在+35m平硐副井梯架上迂回布置3个扇形分布的监测孔，每8～12h监测一次，历时3个月以上。副井围岩为完整坚硬的层状大理岩。总声发射事件小于12次/min，能量率小于220E/min，重大事件小于或等于1次/min，远小于临界值，无明显突变。因此，确定副井目前围岩稳定。[3]
结语：综上所述，发射机的技术人员可以在气体不予以与矿山气体进行任何接触的情况基础上准确预测出在煤矿安全工程当中的发生煤与煤和瓦斯尘埃情况，可以利用实施通过综合性地分析评价煤矿边坡的危险影响因素以及附近山体的和岩层的地质稳定性，适当地对煤与瓦斯尘埃含量以及顶板安全情况措施进行综合检测，事发后第一时间，可以很好地评价矿区现场设施的安全性，很好地保障规范煤矿安全运行生产的相关技术措施，降低发生煤矿安全事故的同时出现发生几率，将声发射技术进行合理的选择和利用，确保采矿过程的安全，从而达到安全煤矿生产的主要目的。
参考文献：
[1]于洋、洪鹏、刁心宏. 声发射技术在岩土工程研究生实验教学过程中的应用[J]. 实验室研究与探索, 2020, v.39;No.293(07):174-178.
[2]姚占辉. 现代化采矿工艺技术在采矿工程中的应用探讨[J]. 新疆有色金属, 2020, v.43;No.200(04):73-74.
[3]徐红旗, 张伟, 张亚军,等. 现代化采矿工艺技术在采矿工程中的应用探讨[J]. 电子工程学院学报, 2020, 009(002):P.163-163.