Aplicación de la tecnología MEMS en la predicción de desastres por gas en minas de carbón

Li Yue y Zhou Yaoqi

(Laboratorio Abierto de Geoquímica y Dinámica de la Litosfera, Universidad del Petróleo de China (Este de China), Dongying, Shandong 257061)

Acerca de el autor: Li Yue, mujer, nacida en diciembre de 1979, de Cangzhou, provincia de Hebei, se graduó de la Universidad del Petróleo de China en 2002 con una licenciatura en geología del petróleo y actualmente es candidata a doctorado Dirección de investigación: recursos geológicos e ingeniería geológica. Correo electrónico: lyysy_79@163.com.

Resumen Basado en el uso de la tecnología MEMS para monitorear el proceso de fracturación de muestras de granito, se discutió la aplicación de la tecnología MEMS en la predicción de explosiones de gas utilizando el principio de monitoreo de fracturas. En el experimento, se utilizó una prensa para aplicar presión continua sobre las muestras de roca y se observaron 4 lotes de microrupturas. Los tres lotes de microrupturas anteriores a la ruptura principal son el resultado de la concentración e interconexión gradual de grietas internas en la muestra de roca, que pueden considerarse precursoras antes de que ocurran los terremotos. La aparición de una rotura primaria crea grietas a escala macroscópica. Con base en los principios anteriores, el uso de esta tecnología para predecir terremotos en minas causados ​​por minería artificial y explosiones de minas causadas por terremotos naturales también producirá mejores resultados.

Palabras clave tecnología MEMS, fracturación, microfractura, desastre en mina de carbón

Aplicación de MEMS en la previsión de desastres de gas en minas de carbón

Li Yue, Zhou Yaoqi

（Laboratorio Abierto Dinámico de Geoquímica y Litosfera, Universidad del Petróleo de China, Dongying 257061）

Resumen: Basado en el monitoreo del proceso de fracturación de la muestra granítica mediante MEMS, aplicando el principio de monitoreo , discutimos la aplicación de MEMS para predecir la explosión del gas. En este experimento, forzando continuamente la muestra, observamos cuatro series de microfracturas. Las tres series anteriores de microfracturas antes de la fractura principal se debieron a la grieta. en la muestra centralizando y conectando, lo que se consideró como el presagio del terremoto. La fractura principal produjo la grieta en macro. Con base en el principio antes mencionado, se concluyó que el pronóstico de la explosión de la mina resultante de la minería y el terremoto crudo había el buen efecto de esta tecnología.

Palabras clave: MEMS; microfractura; desastre en mina de carbón

Prefacio

MEMS (Sistemas Micro-Electro-Mecánicos) ) generalmente se denomina sistemas microelectromecánicos La tecnología de sistemas se refiere a microdispositivos o sistemas que pueden producirse en lotes e integrar micromecanismos, microsensores, microactuadores, procesamiento de señales y circuitos de control, incluidas interfaces, comunicaciones y fuentes de alimentación. [1]

Los accidentes mineros han causado una gran proporción de las víctimas importantes en los últimos años, y las explosiones de gas y los terremotos inducidos por la construcción han planteado grandes amenazas para las personas. Este artículo analiza principalmente la aplicación de la tecnología MEMS en la predicción de desastres en minas de carbón basándose en experimentos.

1 experimento

El experimento utiliza principalmente las características sensibles de la tecnología MEMS para monitorear el proceso de fractura del granito y observar la respuesta instantánea del sensor cuando ocurre una microfractura.

1.1 Introducción a las muestras y sistema de observación

Las muestras fueron recolectadas en Laizhou, provincia de Shandong y pertenecen al granito Yanshanian. Procesado en una muestra experimental de 50×15×7,5 cm3. El granito tiene una estructura de grano uniforme y está compuesto principalmente de cuarzo, feldespato y biotita con cantidades menores de minerales pesados. El fenocristal de feldespato más grande puede alcanzar unos 5 mm y el tamaño general de partícula es de 0,5 a 3 mm. La biotita suele distribuirse linealmente a lo largo de los bordes de las partículas de feldespato de cuarzo (ver Figura 1).

Figura 1 Microestructura de granito (luz de polarización cruzada × 50)

El sensor utiliza 4 sensores de aceleración de un solo componente tipo L ME MS-1221 producidos por Dongying Ganwei Technology Development Company . Su sensibilidad es de 2 V/G, la resolución es de 10-4G y el rango de banda de frecuencia es de 0~1000Hz. El sistema de adquisición y análisis de datos es el software general de análisis y monitoreo de datos RBH-General desarrollado por Dongying Ganwei Technology Development Company.

El experimento de fracturación utilizó la prensa WE-300 del Laboratorio de Maquinaria Minera de la Escuela de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad del Petróleo de China (Figura 2). El sistema de observación se muestra en la Figura 2(b) y la Figura 3.

Figura 2 Sistema de observación y prensa experimental

a es la prensa experimental WE-300, b es la ubicación del sensor y la posición de soporte de presión del sistema de observación de muestras de roca

Figura 3 Vista en planta del sistema de observación

Los números 1, 2, 3 y 4 son cuatro sensores. Los sensores 1 y 4 están cerca del borde del bloque de roca. 4 sensores están en una línea horizontal. La distancia central entre el sensor N° 1 y el sensor N° 2 es de 10 cm, y la misma distancia entre el sensor N° 3 y el sensor N° 4. El radio del sensor es de 2,5 cm

1.2 Proceso experimental y discusión de datos

1.2.1 Proceso experimental

Primero, coloque la muestra de roca plana sobre la prensa. , y Haga que la distancia entre ambos extremos de la muestra de roca sea igual a la línea de soporte, y registre el valor de la distancia en ambos lados al mismo tiempo, para comprender claramente el brazo de fuerza de la muestra de roca que se está comprimiendo y luego coloque los cuatro; sensores en la muestra de roca en secuencia (Figura 3), y registran la posición respectiva, y al mismo tiempo conectan el sensor al sistema de adquisición y análisis de datos para registrar las señales emitidas por microrupturas en diferentes partes.

La grabación del tiempo comienza desde 0 segundos y la frecuencia de muestreo de datos es de 4000 Hz. El proceso de aplicación de presión es gradual. La presión aumenta gradualmente desde 0 kN. Observe los cambios en los datos. Lo que se registra al principio es el espectro del ruido cuando la presión aumenta y la estructura interna de la muestra de roca cambia. el espectro cambia inmediatamente. El proceso de cambio se analizará a continuación, donde el rojo representa el espectro del sensor 1, el negro representa el espectro del sensor 2, el azul representa el espectro del sensor 3 y el amarillo representa el espectro del sensor 4. En el proceso de fracturación de casi 360 segundos, la fractura de la muestra de roca real se completó en el último minuto, es decir, 302.290-303.826 s; 305.599-307.135 s, 316.793-318.329 s y 357.923-360.258 s respectivamente, muestra de roca* ** Se produjeron cuatro lotes de microfracturas. Excepto el último lote de microrupturas, que duró más de 2 s, los tres lotes anteriores de microrupturas duraron menos de 1,5 s. Cada lote de microrupturas consta de un grupo de microrupturas densas, y la duración de una única microruptura generalmente no supera los 50 milisegundos.

1.2.2 Registro y análisis de datos del proceso de fracturación

Las características del espectro registradas en 10 períodos de tiempo representativos se seleccionan en orden cronológico para su discusión. Debido a razones técnicas, la precisión de. Los sensores utilizados actualmente no son suficientes para distinguir el momento exacto en que se recibe la señal cuando ocurre la ruptura, gradualmente resolveremos este problema en futuros trabajos.

(1) Espectro de ruido tras el inicio de la presión de 0,291 a 31,826s (Figura 4): Poco después de aplicar la presión, aunque el ruido que recibe cada sensor es diferente, en general la frecuencia principal de el ruido se concentra en el área de baja frecuencia de 50 ~ 300 Hz y el área de alta frecuencia de 400 ~ 750 Hz, el sensor n.° 4 está ubicado lejos de la bomba de aceite, por lo que la amplitud es ligeramente menor que la de los otros tres. , y la frecuencia se distribuye entre 20~200Hz y 600~750Hz. La diferencia en el ruido registrado por diferentes sensores en las dos regiones inferior y superior está relacionada principalmente con sus diferentes posiciones.

(2) Espectro de ruido de 31,990 a 33,526 s (Figura 5): en comparación con el espectro de ruido de 0,291 a 31,826 s después del inicio de la compresión, la amplitud del ruido casi se ha duplicado, pero la frecuencia todavía se caracteriza por estar concentrado en el área de baja frecuencia y la amplitud de alta frecuencia se suprime en relación con el área de baja frecuencia. Esto muestra que la estructura interna de la muestra de roca ha cambiado bajo la influencia de la presión. El aumento repentino de la amplitud del ruido puede ser el resultado de una presión desigual ejercida por la bomba de aceite.

Figura 4 Espectro de ruido de 0,291 a 31,826s después del inicio de la presión

Figura 5 Espectro de ruido de 31,990 a 33,526s

(3) Ruido de 300,665 a 302.201 s Espectro (Figura 6): Antes de que ocurra la microruptura, el nivel de ruido se reduce aún más, especialmente en las posiciones de los sensores No. 2, No. 1 y No. 4. El nivel de ruido en el lugar 3 es relativamente alto.

Figura 6 Espectro de ruido de 300.665 a 302.201s

(4) Espectro cuando ocurre la microruptura de 302.290 a 303.826s (Figura 7): Esta es la primera vez que la micro-ruptura La ruptura ocurre en las características del espectro de la muestra de roca. Se puede ver claramente que la amplitud es anormal y los datos obtenidos por diferentes sensores son diferentes: el rango de frecuencia de los sensores No. 1 y 2 es de aproximadamente 700 a 800 Hz, y los sensores No. 3 y 4, especialmente el No. 3, se ven más afectados por el ruido, la respuesta a la microfractura no es muy obvia. El rango de frecuencia del sensor N° 3 está aproximadamente entre 500 y 600 Hz, y el rango de frecuencia del sensor N° 4 está aproximadamente entre 650 y 750 Hz. El primer lote de microfracturas solo cambió la estructura fina dentro de la muestra de roca y no hubo ningún cambio macroscópico.

Figura 7 Espectro cuando la microruptura ocurre en 302.290~303.826s

(5) Espectro cuando la microruptura ocurre en 305.599~307.135s (Figura 8): relativo a 302.290~ 303.826s El espectro durante la microruptura obviamente tiene la característica de moverse hacia la baja frecuencia, y el rango de frecuencia se concentra aproximadamente entre 650 y 750 Hz.

Figura 8 Espectro cuando ocurre la microruptura de 305.599 a 307.135s

(6) Espectro de ruido de 307.612 a 309.147s (Figura 9): Después de la microruptura, la muestra de roca continúa presurizado temporalmente La ruptura ocurrirá nuevamente, y las características del espectro de ruido son básicamente las mismas que al principio, pero el ruido de alta frecuencia es relativamente más alto que el ruido de baja frecuencia, lo que indica que la estructura interna de la muestra de roca. ha cambiado.

Figura 9 Espectro de ruido de 307.612 a 309.147 s

(7) Espectro cuando ocurren microrupturas de 316.793 a 318.329 s (Figura 10): El tercer lote de microrupturas es En comparación con los dos primeros lotes, la intensidad de la ruptura es alta y la amplitud aumenta a medida que aumenta la presión, según las rupturas anteriores, cuando las grietas internas en la muestra de roca se desarrollan y penetran nuevamente, la muestra de roca se romperá. Diferentes sensores tienen características espectrales muy diferentes y diferentes rangos de frecuencia. Entre ellos, el rango de frecuencia de microruptura registrado por el sensor No. 1 es de aproximadamente 350 a 500 Hz, y el rango de frecuencia registrado por el sensor No. 2 es de aproximadamente 450 a 550 Hz. Hz Entre ellos, el rango de frecuencia registrado por el sensor No. 3 está aproximadamente entre 400 y 500 Hz, y el rango de frecuencia registrado por el sensor No. 4 está aproximadamente entre 650 y 750 Hz.

Figura 10 Espectro cuando ocurren microrupturas de 316.793 a 318.329s

(8) Espectro de ruido de 326.534 a 328.070s (Figura 11): Después del tercer lote de microrupturas , debido a que ya se han producido grietas en la muestra y la presurización continua no tendrá un impacto importante en la muestra de roca en un corto período de tiempo. Por lo tanto, las características espectrales del ruido de la prensa aún se muestran.

Figura 11 Espectro de ruido de 326.534 a 328.070s

(9) Espectro cuando ocurre la ruptura principal de 358.723 a 360.258s (Figura 12): Después de una presurización continua, la muestra de roca se Sobre la base de la rotura se produce una rotura más fuerte, es decir, la rotura principal. A juzgar por los datos que recopilamos, la amplitud de esta ruptura es mucho mayor que las rupturas anteriores y el valor máximo tiene una tendencia obvia a moverse al área de baja frecuencia. El rango de frecuencia de cada sensor también tiene diferencias obvias: el rango de frecuencia del sensor No. 1 está entre 300 y 500 Hz, el rango de frecuencia del sensor No. 2 está entre 200 y 300 Hz, y el rango de frecuencia del sensor No. 3 está entre 350 y 550 Hz. El rango de frecuencia del sensor No. 4 está entre 500 y 700 Hz. Debido a que la superficie de ruptura final está ubicada entre los sensores No. 2 y No. 3, y la ruptura final se extiende hacia el sensor No. 2, las amplitudes de microruptura registradas por los sensores No. 2 y No. 3 son relativamente bajas. y la frecuencia también es baja, especialmente el Sensor No. 2. La amplitud y frecuencia de los microsismos registrados por los sensores No. 1 y No. 4, que están relativamente lejos de la superficie de ruptura, son relativamente mucho mayores.

Esto puede estar relacionado con la muestra de roca más pequeña y el mayor desplazamiento del sensor a medida que se aleja de la superficie de la fractura.

Figura 12 El espectro cuando ocurre la ruptura principal de 358.723 a 360.258 s

(10) El espectro de ruido después de que ocurre la ruptura principal de 361.335 a 362.871 s (Figura 13): aplicado después de que ocurre la ruptura principal, la presión ya no puede tener ningún efecto sobre la muestra de roca, porque la muestra de roca se ha roto por completo y en este momento podemos ver claramente una grieta en la apariencia de la muestra de roca si continuamos presurizando. esta grieta aliviará la acción de presión, por lo que continuamos aplicando presión y todo lo que recopilamos es el espectro del ruido emitido por la prensa. Sin embargo, en comparación con el espectro de ruido al comienzo de la aplicación de presión, debido a que la muestra de roca se ha agrietado, el ruido de la bomba de aceite se transmite al sensor a través de la muestra de roca y las grietas tienen un impacto en la transmisión del ruido, causando un alto -El ruido de frecuencia se debilitará en gran medida, mientras que el ruido de baja frecuencia se mejorará relativamente.

Figura 13 Espectro de ruido después de que ocurrió la ruptura principal en 361.335~362.871s

1.2.3 Características de cambio del espectro de microruptura

Análisis del procesamiento de la roca muestras de la prensa Durante el proceso experimental de presión, se puede ver en las características cambiantes del espectro: el rango de frecuencia y la amplitud del espectro son diferentes cuando se generan los cuatro lotes de microrupturas (ver Tabla 1).

Tabla 1 El rango de frecuencia y el pico del espectro recibidos por diferentes sensores cuando ocurrieron los cuatro lotes de microrupturas

Cuando ocurrieron los cuatro lotes de microrupturas, el rango de frecuencia no fue solo se concentra en el rango enumerado en la Tabla 1. Dentro, también hay áreas relativamente concentradas, pero debido a que las frecuencias o picos en otras áreas son más bajas, o el rango es muy estrecho, no se enumeran uno por uno. se enumeran en la tabla. Se puede ver en los datos de la tabla que para un sensor, a medida que aumenta la presión, el rango de frecuencia de las cuatro rupturas disminuye sucesivamente, es decir, la frecuencia disminuye gradualmente a medida que aumenta la ruptura para la misma microruptura; Se dice que cuando ocurrieron los dos primeros lotes de microrupturas, los datos obtenidos por los dos sensores más cercanos al punto de presión eran más pequeños que los de los sensores más alejados. Sin embargo, cuando ocurrió la ruptura principal, solo se modificó el rango de frecuencia del sensor. El número 4 era significativamente más grande que los otros tres. Esto muestra que cuanto más cerca de la grieta, menor es el valor de frecuencia. A partir de este fenómeno, podemos resumir las siguientes reglas: a medida que aumenta la presión, el valor de la frecuencia disminuye cuanto mayor es la grieta, menor es el valor de la frecuencia; Además, debido al volumen relativamente pequeño de la muestra de roca, la posición no es lo suficientemente precisa cuando se coloca, por lo que una ligera diferencia hará que la muestra de roca se incline ligeramente durante el proceso de compresión. Esta ligera inclinación provocará la posición simétrica de 1. Existe una gran diferencia entre los datos del detector nº 4 y los detectores nº 2 y 3. A juzgar por el valor máximo de cada espectro de ruptura, el valor máximo del espectro emitido por el sensor cerca del punto de aplicación de presión es mayor cuando ocurren las dos primeras rupturas, y la situación es exactamente la opuesta cuando ocurren las dos últimas rupturas. Esto puede deberse al hecho de que la escala de las microfracturas era muy pequeña cuando ocurrieron las dos primeras rupturas, y solo se produjeron cambios menores en la estructura interna. Luego, la escala de las microfracturas aumentó relativamente cuando ocurrieron las dos segundas rupturas. El cuarto lote de microrupturas incluso provocó el colapso de la muestra de roca. Macroscópicamente se produjo una ruptura.

1.3 Discusión de resultados experimentales

En los últimos años, los sismólogos se han dado cuenta de que un terremoto es un comportamiento de ruptura de los materiales terrestres con grietas, y en general de materiales sólidos, incluidas las microfisuras de las rocas. En el estudio del proceso de formación exploraremos la gestación y ocurrencia de esta ruptura. Todas las suposiciones básicas actuales sobre el nacimiento de los terremotos consideran la evolución de las fisuras de la Tierra como la clave para encontrar y resolver los precursores de los terremotos y resolver las predicciones de los terremotos [2-10]. La ocurrencia de la ruptura principal se debe a la ruptura previa de la muestra de roca y la aplicación continua de presión, lo que hace que las grietas internas se acumulen y aumenten continuamente, y finalmente alcancen el resultado de la penetración mutua. La muestra de roca produce macroscópicamente una grieta que. es aproximadamente paralela a la dirección de la presión. Los siguientes registros de datos de las principales microrupturas se seleccionan de los cuatro lotes de microrupturas para una discusión detallada:

(1) Registros microsísmicos generados por las principales rupturas en el primer lote de microrupturas ( Figura 14): Figura Las señales de 4 sensores se reflejan respectivamente en . El primer lote de microfisuras ocurre cuando la resistencia a la compresión del granito alcanza su límite primero, se acumulan suficientes grietas en el interior y primero penetran en la dirección de la tensión de compresión principal, por lo que se produce la ruptura.

Figura 14 Registros microsísmicos generados cuando ocurrió la ruptura principal en el primer lote de microrupturas

(2) Registros microsísmicos generados cuando ocurrió la ruptura principal en el segundo lote de microrupturas (Figura 15): El segundo lote de microrupturas se desarrolló sobre la base del primer lote de microrupturas, y la frecuencia de las rupturas se concentra principalmente en el área de baja frecuencia.

Y la frecuencia del espectro rojo y amarillo es mayor que la frecuencia del espectro negro y azul, por lo que se puede ver que la frecuencia del sensor colocado cerca de la grieta es menor. Es decir, cuanto más cerca de la fuente del terremoto, menor es la frecuencia.

Figura 15 Registros microsísmicos generados cuando ocurrió la ruptura principal en el segundo lote de microrupturas

(3) Registros microsísmicos generados por la ruptura principal en el tercer lote de micro -rupturas (Figura 16): El tercer lote de microrupturas se debe al desarrollo continuo de grietas internas en las muestras de roca debido a la presión continua. La intensidad es mucho más fuerte que la del segundo lote, y el rango de frecuencia también tiene. una tendencia a desplazarse hacia la zona de baja frecuencia. Esto puede considerarse como las grietas antes del terremoto. Una microruptura más importante.

Figura 16 Registros microsísmicos generados por la ruptura principal en el tercer lote de microrupturas

(4) Registros microsísmicos generados por la ruptura principal en el cuarto lote de microrupturas ( Figura 17): El cuarto lote de microfracturación es la ruptura principal de la muestra de roca bajo presión, y también es la ruptura final. Esta ruptura se debe al aumento continuo de presión (la presión final llega a 10,4 kN), la. desarrollo continuo de grietas internas en la muestra de roca, y la alta concentración de ellas penetran, lo que resulta en grietas macroscópicas en la muestra de roca, y la tensión concentrada se libera por completo. Si esto se aplica a la predicción de terremotos, la aparición de grietas en este momento se puede definir como la aparición de un terremoto. Y el espectro de frecuencia obtenido por los sensores más cercanos a la fuente del terremoto es menor.

Figura 17 Registros microsísmicos generados por la ruptura principal en el cuarto lote de microrupturas

La mayoría de los cuerpos rocosos presentan juntas, hendiduras y otras fisuras, y algunos también tienen relativamente grandes Grietas como fracturas. Grandes estructuras débiles. Después de que la presión aumenta hasta cierto nivel, estas grietas se concentrarán y provocarán la ruptura. El modo de fractura del granito se puede resumir como el modo de formación de grietas inestables por avalancha, que también se denomina modelo del Instituto de Geofísica de la Academia de Ciencias de la Unión Soviética. Este modelo se basa en dos fenómenos: la interacción de los campos de tensión de las grietas y la concentración local de los efectos de la formación de grietas. Bajo la acción a largo plazo de cargas que cambian lentamente, cualquier material, incluida la roca, inevitablemente producirá estos dos fenómenos antes de fallar. La doctrina de la resistencia a largo plazo se basa en el hecho de que el número y tamaño de las grietas se desarrollan gradualmente bajo la acción lenta de tensiones "subcríticas" (menores que la resistencia instantánea del material). Cuando la densidad de la grieta alcanza un valor de estado de densidad crítico, el material pasa a la etapa de fractura macroscópica rápida. Si la distribución de las grietas en el medio es estadísticamente uniforme, entonces, bajo una carga que aumenta lentamente o bajo la influencia de un medio activo, el número y el tamaño de las grietas aumentarán gradualmente y algunas de ellas se organizarán de manera más favorable. penetran entre sí y forman grietas más grandes. Si la teoría de Griffith y algunas teorías derivadas de ella se aplican a la fuente del terremoto, se cree que durante la formación de grietas de avalancha se genera gradualmente una pequeña cantidad de grietas largas. Estas grietas largas se confabulan y se fusionan para provocar la ruptura macroscópica de las rocas (terremotos). ).

2 Aplicación en la predicción de desastres de gas en minas de carbón

Los terremotos inducidos por la minería del carbón (llamados explosiones de rocas en la industria minera) son uno de los desastres geológicos dinámicos inducidos por la minería. Un terremoto de mina es una vibración del macizo rocoso causada por la influencia de las actividades mineras y los campos de tensión regionales, lo que hace que el área minera y la tensión circundante se encuentren en un estado inestable. Una cierta cantidad de energía acumulada localmente en el área minera se libera por impacto o gravedad. Según estadísticas incompletas, desde la década de 1980, los niveles de terremotos en las minas han aumentado gradualmente en Beipiao, Liaoning, Liaoyuan, Jilin, Hegang, Shuangyashan, Haniaoxi, Qitaihe y otras minas de carbón en el noreste de China, y las pérdidas causadas por algunos terremotos en las minas han sido bastante grave. Ha atraído la atención de los terremotos, los sistemas de carbón y los investigadores de todos los niveles. Además de los factores mineros, la ocurrencia de terremotos mineros está estrechamente relacionada con el entorno tectónico de la mina y las condiciones del campo de tensión tectónica regional [12].

La minería del carbón hace que la distribución de la tensión subterránea se intensifique a medida que aumenta la profundidad de la minería. Bajo la influencia simultánea de las actividades tectónicas regionales, la tensión tectónica hace que las estructuras nuevas y antiguas experimenten diferentes grados de actividades heredadas y neonatales. Algunas estructuras de fractura subterráneas se mueven o se arrastran gradualmente desde un estado estable y se ven afectadas para causar activación local, que es el entorno dinámico interno para la ocurrencia de terremotos en las minas [13].

Los terremotos son causados ​​por la deformación de macizos rocosos subterráneos debido a tensiones, lo que provoca ruptura, desplazamiento relativo, deslizamiento, fallas y ondas sísmicas en el macizo rocoso. Los terremotos en las minas ocurren cuando los macizos rocosos subterráneos en las áreas mineras vibran, y los registros sísmicos son similares a los registros sísmicos naturales en muchos lugares. La profundidad de la fuente de los terremotos mineros es poco profunda y puede aproximarse como fluctuaciones aleatorias de las fuentes superficiales en un amplio rango.

Bajo las fuerzas tectónicas regionales, el metano de las capas de carbón se producirá y acumulará en algunas direcciones específicas. Cuando el metano del lecho de carbón generado se desborda y se acumula en áreas locales de la mina, puede ocurrir una explosión si la temperatura local de la mina alcanza el punto de ignición del metano del lecho de carbón.

Las explosiones de gas de las minas de carbón y las actividades sísmicas están sincronizadas en el tiempo [14-15]. Por lo tanto, predecir con precisión la aparición de actividad sísmica juega un papel importante en la prevención de explosiones de gas en las minas de carbón.

Basándose en las conclusiones extraídas de los experimentos anteriores y la relación entre la actividad sísmica y las explosiones de gas de las minas de carbón, el sensor de aceleración de un solo componente tipo L MEMS1221 se puede utilizar para predecir terremotos y grietas en las minas causados ​​por artificiales. Minería y terremotos naturales. Reduciendo así el desastre causado por la explosión de gas en las minas de carbón.

Colocamos los sensores en diferentes ubicaciones de la mina de carbón y, al mismo tiempo, conectamos los sensores al sistema de observación y análisis por computadora para registrar las señales enviadas por los sensores en diferentes momentos según el proceso. De nuestros experimentos anteriores, en el proceso de minería continua, la máquina ejercerá una gran fuerza sobre el yacimiento. Cuando la estructura de la roca dentro del yacimiento cambie, el sensor cambiará obviamente y veremos que la señal del espectro registrado mutará. . Después de dos o tres de estas mutaciones, es muy probable que el yacimiento colapse. Por lo tanto, en la primera mutación, debemos reforzar las precauciones y tomar las medidas correspondientes para evitar que se produzca una ruptura.

De manera similar, cuando ocurre un terremoto bajo tierra, también podemos tomar precauciones basadas en este principio. La mayoría de los sismólogos creen que hay un proceso de concentración de tensiones en el área de origen antes de que ocurra un terremoto, lo que se llama sismogénico. o proceso de preparación para terremotos. Cuando este proceso se desarrolla hasta cierto punto, las rocas de la zona sismogénica pueden sufrir microfracturas o plastificación, lo que resulta en cambios en el espectro de las ondas sísmicas. Además, los cambios en los parámetros dinámicos de pequeñas fuentes de terremotos en la zona sismogénica también pueden causar ciertos cambios en el espectro de ondas sísmicas. Éstas son la base física para la investigación de predicciones basadas en anomalías del espectro de ondas sísmicas. Antes de que ocurra la ruptura principal, a menudo ocurren una serie de ondas sísmicas con menor amplitud y menor frecuencia. La generación de estas ondas sísmicas puede considerarse como ondas sísmicas precursoras. En este experimento, las ondas sísmicas generadas por las tres microrupturas antes de la ruptura principal pueden considerarse ondas sísmicas precursoras. La aparición de estas ondas sísmicas es la acumulación de energía de las principales ondas sísmicas. Cuando la energía se acumula hasta cierto punto, inevitablemente se producirá un terremoto.

3 Conclusión

(1) El granito produce cuatro lotes relativamente concentrados de fracturas frágiles bajo la acción de la presión uniaxial, y la intensidad de estos cuatro lotes de fracturas aumenta gradualmente con la presión. tendencia creciente; cuando ocurre microruptura, la frecuencia tiende a cambiar al área de baja frecuencia, y cuanto más grande es la grieta, menor es la frecuencia;

(2) Los tres lotes de microrupturas anteriores la ruptura principal son muestras de roca. El resultado de las grietas internas que se concentran y conectan gradualmente entre sí puede considerarse como un precursor antes de que ocurra un terremoto. La ocurrencia de una ruptura principal produce grietas a escala macro, que pueden considerarse como la ocurrencia de un terremoto;

(3) Los registros de observación de fuentes cercanas de experimentos de fracturación muestran que la tecnología MEMS tiene una alta sensibilidad cuando se usa para monitorear grietas, por lo tanto, la aplicación de esta tecnología a la predicción de desastres en minas de carbón logrará buenos resultados, reduciendo así los desastres mineros causados ​​por minería artificial y terremotos naturales.

Agradecimientos: Nos gustaría agradecer a Dongying Ganwei Technology Development Company por brindar soporte técnico y al laboratorio de la Escuela de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad de Petróleo de China (Este de China) por proporcionar equipos de prensa. Durante la realización de la tesis recibí ayuda de mis compañeros de estudios, por lo que me gustaría expresar mi agradecimiento.

Referencias

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