郭 軍, 王凱旋, 蔡國斌, 金 彥, 劉 蔭

（1.西安科技大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院,陜西 西安 710054; 2.西部礦井開采及災(zāi)害防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 西安 710054;3.國家礦山應(yīng)急救援（西安）研究中心,陜西 西安 710054）

0 引 言

煤炭作為我國基礎(chǔ)能源，將在未來的幾十年繼續(xù)起主導(dǎo)作用[1-2]。煤自燃作為煤炭的自然屬性，主要是煤與氧氣反應(yīng)放熱、熱量積累所致，其形成和發(fā)展是自發(fā)遲緩地放熱、蓄熱升溫所引起燃燒的過程[3]。煤礦井下采空區(qū)等隱蔽空間煤炭所處環(huán)境內(nèi)漏風(fēng)嚴(yán)重，從而導(dǎo)致煤自燃災(zāi)害多發(fā)[4]。早期的精準(zhǔn)預(yù)警與防控在煤自燃災(zāi)害治理過程中至關(guān)重要，但因礦井煤自燃環(huán)境復(fù)雜，現(xiàn)有的煤火測溫技術(shù)很難對采空區(qū)等隱蔽空間遺煤自燃溫度進(jìn)行實(shí)時、準(zhǔn)確和快速探測，嚴(yán)重影響煤炭的綠色、安全、高效開采[5]。

聲發(fā)射信號在監(jiān)測領(lǐng)域具有精度高、范圍廣、可測空間大、非接觸式、實(shí)時連續(xù)等優(yōu)點(diǎn)，近年來已成功應(yīng)用于大氣及海洋[6-7]，以及工業(yè)高溫鍋爐和顆粒糧食倉儲等領(lǐng)域的溫度監(jiān)測[8-9]，并取得良好的效果?？剂克缮⒚后w的力學(xué)性質(zhì)、多孔介質(zhì)等特征與倉儲顆粒糧食等相似，聲發(fā)射信號有望應(yīng)用于井下受限復(fù)雜環(huán)境大范圍遺煤溫度的監(jiān)測。然而，聲發(fā)射信號在松散高溫煤巖體中的傳播規(guī)律及其對煤溫的響應(yīng)特性的精確獲取，成為聲學(xué)法煤溫探測的技術(shù)關(guān)鍵和亟需深入研究的課題。

筆者通過文獻(xiàn)調(diào)研，歸納和闡述了聲發(fā)射信號在非均介質(zhì)、多孔介質(zhì)內(nèi)傳播特征及其在準(zhǔn)多孔介質(zhì)松散煤體內(nèi)傳播過程中的畸變特征和傳播衰減影響規(guī)律的研究進(jìn)展。重點(diǎn)梳理了聲發(fā)射信號在不同瓦斯含量、含水率和壓力載荷下的煤巖體中傳播特性及影響因素?？偨Y(jié)歸納了聲發(fā)射信號的處理與分析方法，初步構(gòu)建了聲信號特征參數(shù)分析與提取算法的技術(shù)思路。分析探討了基于聲發(fā)射信號感知煤溫的技術(shù)原理及其在煤溫感知領(lǐng)域的應(yīng)用前景，提出聲學(xué)法將有望成為煤礦隱蔽火源探測的新方法，以解決采空區(qū)等隱蔽火區(qū)煤溫精準(zhǔn)判識的現(xiàn)實(shí)難題。

1 聲發(fā)射信號在煤巖等介質(zhì)內(nèi)傳播研究現(xiàn)狀

聲發(fā)射是一種Kaiser效應(yīng)[10]，聲發(fā)射信號的本質(zhì)其實(shí)是一種脈沖式信號，研究其特征參數(shù)的大小和變化趨勢，可為探測介質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征、預(yù)測礦井煤巖災(zāi)害等提供依據(jù)。1968年，KNILL[11]最先研究了在應(yīng)力材料中，由于內(nèi)部變形而產(chǎn)生的聲發(fā)射現(xiàn)象，通過對各種巖石試樣的一系列室內(nèi)試驗(yàn)，說明了聲波記錄的處理和分析方法，描述了各種參數(shù)，包括脈沖率、信號能量含量和振幅分布，為聲發(fā)射技術(shù)探測介質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)。1984年，王繼文[12]第1次利用聲發(fā)射技術(shù)對煤礦內(nèi)產(chǎn)生的沖擊地壓進(jìn)行監(jiān)測，并總結(jié)了聲發(fā)射基本參量的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，為預(yù)測礦井煤巖地質(zhì)災(zāi)害提供依據(jù)。綜上，研究聲發(fā)射信號在不同介質(zhì)中的傳播規(guī)律與特性，可為聲發(fā)射信號在煤自燃火區(qū)探測等新領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用提供思路。

1.1 聲信號在非均介質(zhì)內(nèi)的傳播

關(guān)于聲發(fā)射信號在非均介質(zhì)傳播方面，通常是利用數(shù)值模擬和建模的方法，研究非均介質(zhì)內(nèi)聲發(fā)射信號傳播特點(diǎn)和響應(yīng)參數(shù)，并將研究結(jié)果應(yīng)用于非均介質(zhì)的損傷檢測。王笑然等[13]為了精確描述非均勻介質(zhì)中的聲發(fā)射信號傳播特性，基于斜入射聲波的傳播規(guī)律，分析了頻率、入射角和溫度場的分布等因素對聲傳播的影響，并提出了聲波反射系數(shù)法，以加大非均勻介質(zhì)對聲波的反射。

劉海濤等[14]基于三維聲發(fā)射定位系統(tǒng)在巖石材料中的應(yīng)用，描述了其內(nèi)部裂隙破裂過程的聲發(fā)射特點(diǎn)，并根據(jù)其特點(diǎn)將裂隙巖分為壓實(shí)階段、彈性階段、微裂紋萌生階段、裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展階段，為檢測巖體裂隙的破裂狀態(tài)提供借鑒。趙寶云等[15]根據(jù)聲發(fā)射數(shù)據(jù)信號的科學(xué)研究，分析了深灰?guī)r在不同載荷下的擴(kuò)展特征，并分析了其應(yīng)力松弛破壞特征的全過程。綜上，聲發(fā)射技術(shù)可以作為一種快捷有效的技術(shù)手段，來研究非均介質(zhì)的變形損傷等特征。借鑒聲發(fā)射信號檢測非均介質(zhì)變形損傷的快捷有效技術(shù)手段，聲發(fā)射信號亦可快速檢測煤巖體中各種特征參數(shù)，為聲發(fā)射煤溫感知技術(shù)提供了可能。

1.2 聲信號在多孔介質(zhì)內(nèi)的傳播

通常所說的多孔介質(zhì)是一種有孔隙的固體，其中充滿流體，固體部分稱為骨架，而波動學(xué)所討論的多孔介質(zhì)，其中的孔隙彼此連通[16]。多孔介質(zhì)處處皆是，地殼、煤巖石以及大部分人造材料等都具有多孔介質(zhì)的特征。為探究聲發(fā)射信號在多孔介質(zhì)中傳播規(guī)律，需結(jié)合可靠的聲波傳播理論與相關(guān)的特征變量控制試驗(yàn)研究，這也為聲學(xué)傳播理論優(yōu)化與相關(guān)特征因素反演推導(dǎo)提供理論依據(jù)。

OTHMANI等[17]將空氣間隙視為剛性圓柱管，研究了顆粒大小、密度和堆積密度等因素對多孔介質(zhì)內(nèi)聲發(fā)射信號傳播的影響，研究表明顆粒粒徑越大，且圓柱管密度和堆積密度越小時，有利于聲發(fā)射信號在多孔介質(zhì)內(nèi)傳播；郭敏等[18]以模擬糧倉為模型，通過研究聲發(fā)射信號在多孔介質(zhì)和Biot流體中的傳播理論，搭建了聲波在準(zhǔn)多孔介質(zhì)中傳播的理論模型，研究了氣體組分、聲波頻率、孔隙形態(tài)等對小麥堆內(nèi)聲波的傳播速度影響規(guī)律。在氣體組分和頻率不變的情況下，小麥堆內(nèi)孔隙越小，聲波傳播時間和距離越短。在聲發(fā)射信號傳播過程中，介質(zhì)密度越大（孔隙很小）時，聲波傳播受到阻隔，增大能量消耗。因此，聲波傳播時間和距離都會受到孔隙不同程度上的影響。由于松散煤體呈多孔的固氣混合態(tài)，常被看作多孔介質(zhì)進(jìn)行研究。根據(jù)聲發(fā)射技術(shù)原理和煤自燃理論，煤礦松散煤體的力學(xué)性質(zhì)、多孔介質(zhì)特征等與倉儲顆粒糧食相似，聲發(fā)射技術(shù)有望應(yīng)用于礦井采空區(qū)等隱蔽區(qū)域煤炭溫度的監(jiān)測領(lǐng)域。

1.3 聲信號在煤巖體內(nèi)的傳播與應(yīng)用

煤巖體形成的時間、條件，所處復(fù)雜的地質(zhì)條件，導(dǎo)致煤巖體的物理結(jié)構(gòu)和性質(zhì)存在差異，聲信號在不同結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的煤巖體中傳播規(guī)律和響應(yīng)特征必然呈現(xiàn)出不同的結(jié)果。對于煤巖體密度方面，徐曉煉等[19]以原生和構(gòu)造煤為對象，研究了煤巖密度對聲速的影響及聲信號對煤體的響應(yīng)特征，波速隨著煤樣密度的增大而增大，橫波波速明顯小于縱波波速。對于煤巖體孔隙率和滲透率方面，舒龍勇等[20]使用聲發(fā)射技術(shù)監(jiān)測分析不同孔隙率煤巖體的應(yīng)力狀態(tài)、變形破裂演化過程。魏建平等[21]研究了溫度沖擊條件下的煤體滲透性變化規(guī)律及增透機(jī)制，分析了煤樣在溫度沖擊前后的滲透率變化情況和微觀裂隙發(fā)育情況，探討了溫度沖擊過程中的聲發(fā)射信號分布規(guī)律。

對于急傾斜煤層方面，來興平等[22]、陳棟等[23]構(gòu)建了急斜煤巖體變形破裂過程表面溫度與聲波能率間的“聲-熱”耦合關(guān)系，研究了煤巖體破損過程聲發(fā)射特性的變化規(guī)律，如圖1所示。結(jié)果表明，溫度在31.6～32.1 ℃，底板和頂板側(cè)煤巖體均存在變形破壞和動力失穩(wěn)現(xiàn)象并伴隨著聲發(fā)射能率急速增大。隨著局部溫度的升高，聲發(fā)射能率達(dá)到峰值，均早于熱紅外和煤巖體斷破的時間，由此可以確定聲發(fā)射能率到達(dá)峰值時間以及熱量集中區(qū)，進(jìn)而精準(zhǔn)確定煤巖體中應(yīng)力集中的有效方位和具體時間，可為預(yù)測預(yù)報(bào)頂板大面積來壓、煤與瓦斯突出等災(zāi)害提供有效科學(xué)依據(jù)和理論指導(dǎo)。

2 煤巖體內(nèi)聲發(fā)射信號傳播特性及影響因素

與煤巖相關(guān)的聲發(fā)射信號傳播規(guī)律研究，主要是利用聲發(fā)射試驗(yàn)研究煤巖體內(nèi)聲波傳播特征參數(shù)及影響因素。這將為聲學(xué)法探測煤溫提供理論和技術(shù)支撐，以期研發(fā)出煤礦隱蔽火源探測新方法，以解決煤溫精準(zhǔn)判識的難題。

圖1 急斜煤巖體動態(tài)失穩(wěn)“聲-熱”演化特征[22]Fig.1 “Acoustic-thermal” evolution characteristics of dynamicinstability in steep coal and rock mass[22]

2.1 含瓦斯煤巖體

在含高瓦斯的煤層中，煤巖體里是“固-氣”兩相介質(zhì)。瓦斯吸附賦藏在煤巖體孔隙，內(nèi)部穩(wěn)定的條件下保持著動態(tài)平衡狀態(tài)[24]。王崗等[25]分析了不同應(yīng)力下含瓦斯煤巖體滲流特性和聲發(fā)射特點(diǎn)，得出了含瓦斯煤巖的應(yīng)力、瓦斯流量與聲發(fā)射信號之間均具有較好的相關(guān)性。與常規(guī)三軸路徑相比，含瓦斯煤從卸圍壓起始點(diǎn)開始聲發(fā)射累積振鈴數(shù)曲線斜率明顯增大，且在失穩(wěn)破壞點(diǎn)出現(xiàn)了急劇增大的拐點(diǎn)，且卸圍壓路徑下含瓦斯煤巖的聲發(fā)射幅值曲線呈現(xiàn)出以卸圍壓起始點(diǎn)為界的雙峰狀態(tài)。

為判斷含瓦斯煤的損傷程度，高保彬等[26]利用自主研發(fā)的含瓦斯煤熱流固耦合三軸伺服滲流裝置配合聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)，進(jìn)行不同瓦斯壓力作用下煤巖在常規(guī)三軸壓縮下的聲發(fā)射特征試驗(yàn)。得到了煤巖聲發(fā)射特征與應(yīng)力-應(yīng)變以及聲發(fā)射累積振鈴數(shù)與應(yīng)變的煤巖損傷關(guān)系，從某種程度上真實(shí)地反映了含瓦斯煤巖的破壞過程及強(qiáng)度特征，這也為聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)在礦井火災(zāi)預(yù)警領(lǐng)域的研究與應(yīng)用提供新思路，即利用聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測礦井采空區(qū)等隱蔽火區(qū)煤炭溫度。

2.2 含水煤巖體

關(guān)于煤巖體含水率對聲發(fā)射信號在煤體內(nèi)傳播影響方面，許江等[27]分析了煤體在不同含水率下的應(yīng)力應(yīng)變破裂過程中的聲發(fā)射特性，結(jié)果表明應(yīng)力最晚到達(dá)峰值，而聲發(fā)射事件率的峰值比應(yīng)力還早到達(dá)峰值。張彥斌等[28]利用聲發(fā)射特性試驗(yàn)，得出瓦斯壓力、聲發(fā)射事件率和含水率之間的聯(lián)系，如圖2所示。

當(dāng)含水率一定時，軸向應(yīng)力與聲發(fā)射事件率的變化規(guī)律相似，它們都先上升然后下降。當(dāng)氣體工作壓力小時，聲發(fā)射事件率超過最大值后將迅速降低。當(dāng)氣體工作壓力高時，聲發(fā)射事件率在達(dá)到最大值前不會再次增加，而是間接地升高，過了峰值之后，緩慢地下降。煤中水含量越低，聲發(fā)射事件率越大，煤的軸向應(yīng)變突然變化越大，而其聲發(fā)射事件率的延遲時間長于高含水率的煤。所以在瓦斯壓力不變情況下，降低煤體含水率可有效檢測到聲發(fā)射信號。

2.3 壓力載荷下的煤巖體

近年來，聲發(fā)射技術(shù)已在煤與瓦斯突出及頂板大面來壓等礦井災(zāi)害的預(yù)測預(yù)報(bào)方面有了廣泛的應(yīng)用[29]。關(guān)于壓力載荷下煤巖體內(nèi)的聲發(fā)特性和規(guī)律方面，王恩元等[30]對受載煤體聲發(fā)射的頻譜特性及變化規(guī)律進(jìn)行了測試及研究分析，結(jié)果表明煤體受載破裂時聲發(fā)射信號的頻譜隨著載荷的增大及變形破裂過程的增強(qiáng)，聲發(fā)射信號增強(qiáng)，主頻帶增高。煤體聲發(fā)射的頻譜特征變化與煤體變形破裂過程密切相關(guān)。趙洪寶[31]對煤樣受載過程聲發(fā)射特性數(shù)值進(jìn)行模擬研究，得出聲發(fā)射起始應(yīng)變、最大聲發(fā)射數(shù)與彈性模量的關(guān)系，如圖3所示。應(yīng)變會隨著彈性模量的增加而減小。而最大聲發(fā)射數(shù)隨著彈性模量的增加，先升高再降低，彈性模量為10 MPa時取得最大值。

圖2 含水率0.19%煤樣在瓦斯壓力1.5 MPa的應(yīng)力-應(yīng)變及聲發(fā)射[28]Fig.2 Moisture content of 0.19% coal samples in 1.5 MPa gas pressure stress strain and acoustic emission[28]

3 聲發(fā)射信號的處理與分析方法

傳統(tǒng)的聲發(fā)射信號分析和處理技術(shù)是將聲信號從時域通過傅里葉變換到頻域內(nèi)，以頻率為變量對信號波形進(jìn)行描述，反映信號的頻率成分和頻域內(nèi)[32]。PRAJNA等[33]基于諧波再生降噪（HRNR）的維納濾波（W-HRNR）來檢測來自噪聲環(huán)境的聲發(fā)射（AE）信號，HRNR技術(shù)可以對諧波進(jìn)行再生，克服傳統(tǒng)維納濾波器高估時產(chǎn)生的畸變，保留AE信號的基本信號含量，實(shí)現(xiàn)AE信號的準(zhǔn)確檢測。

圖3 聲發(fā)射起始應(yīng)變、最大聲發(fā)射數(shù)與彈性模量關(guān)系[31]Fig.3 Rrelation of acousticemission initial strain, maximum emission number and elastic modulus[31]

礦井下發(fā)生煤體自燃隱患時會加熱周圍環(huán)境內(nèi)的空氣、煤巖體，受熱物體內(nèi)部分子碰撞所產(chǎn)生的聲壓激發(fā)周圍空氣媒質(zhì)位于次聲頻段的振動——“燃燒音”，另外膨脹的空氣在煤巖體空隙內(nèi)的流動也會產(chǎn)生一定的環(huán)境噪音[34]。王社平等[35]基于小波變換的聲源降噪處理研究，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過處理的信號能夠正確反映聲波信號頻率成分、剔除噪聲部分。但是基于傅里葉變換理論發(fā)展的小波變換理論在非穩(wěn)態(tài)、非線性信號處理問題中仍然具有一定局限性[36]。張建國等[37]和BAO等[38]提出了一種基于希爾伯特變換的相位解調(diào)算法，經(jīng)過試驗(yàn)證明了新算法可以正確、穩(wěn)定地解調(diào)外加正弦信號的幅值、頻率及位置信息，實(shí)現(xiàn)分布式振動信號的準(zhǔn)確監(jiān)測。

另外，朱文武等[39]基于普通克里金外推的迭代維納濾波法向下延拓，并分別利用模擬算例和實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行試驗(yàn)。對于模擬算例，外推后的相對誤差由9.26%下降到4.44%，證明了迭代維納濾波法能夠有效地濾除聲源噪音部分。而彭健新等[40]提出了一種傳統(tǒng)譜減法和維納濾波法相結(jié)合的信號處理方法，由信噪比得到維納濾波器的傳輸函數(shù)，譜減法處理后的鼾聲信號通過該濾波器后會進(jìn)一步降低噪聲，在睡眠鼾聲噪聲處理應(yīng)用中表現(xiàn)良好。聲發(fā)射信號識別與處理技術(shù)在理論基礎(chǔ)研究方面得到了長足的發(fā)展，也在其他領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，證明了聲波感知溫度技術(shù)的可行性，但目前鮮有松散煤體聲波測溫的相關(guān)報(bào)道。

科學(xué)有效降噪、提高聲發(fā)射信號的信噪比是煤與巖體聲波頻散衰減規(guī)律科學(xué)研究的關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著小波分析、聲波濾除算法等理論的完善與現(xiàn)代信號處理方法的深入發(fā)展，基于聲學(xué)與煤自燃理論，將聲發(fā)射信號特征參數(shù)處理分析與小波分析、聲波濾除算法等理論有機(jī)地結(jié)合，推進(jìn)聲發(fā)射信號處理與分析技術(shù)進(jìn)一步完善和系統(tǒng)化，擬構(gòu)建聲信號特征參數(shù)分析與提取算法流程如圖4所示。

圖4 聲信號特征參數(shù)分析與提取算法構(gòu)建流程Fig.4 Flow of acoustic signal characteristic parameter analysis and extraction algorithm construction

4 聲發(fā)射信號在煤溫感知領(lǐng)域應(yīng)用前景

聲發(fā)射信號在煤巖體內(nèi)傳播過程中，受煤巖體物理性質(zhì)、煤種、瓦斯含量、含水率等多因素影響。尤其是在松散煤體內(nèi)傳播過程中，還會受到煤自燃形成的非均勻溫度場、煤體塊度、煤自燃?xì)怏w組分濃度、松散體空隙特征等因素影響。因此，可針對煤巖體內(nèi)聲發(fā)射信號的傳播衰減特征開展試驗(yàn)?zāi)M與數(shù)值仿真，以及理論分析與建模，以進(jìn)行溫度反演與非均溫度場重建。

基于聲學(xué)法測溫探火的技術(shù)原理，一方面，可以通過對聲發(fā)射信號進(jìn)行特征提取，明確聲信號與溫度的映射關(guān)系，并基于深度學(xué)習(xí)和計(jì)算機(jī)模擬對火災(zāi)信號進(jìn)行探測；另一方面，也可以基于介質(zhì)物理特性參數(shù)與聲傳播特征參數(shù)的函數(shù)關(guān)系，明確聲傳播衰減規(guī)律，構(gòu)建聲速與煤體溫度映射關(guān)系模型，再借助最小二乘法和計(jì)算機(jī)仿真重建溫度場。聲學(xué)法測溫探火流程如圖5所示。

圖5 聲學(xué)法測溫探火技術(shù)原理Fig.5 Principle of temperature and fire detection technology by acoustic method

由于煤本身傳熱性非常差，如何建立聲發(fā)射信號與煤溫之間的映射關(guān)系，是聲發(fā)射信號能否成功應(yīng)用于煤溫感知領(lǐng)域的前提和關(guān)鍵。因此，可依據(jù)聲發(fā)射信號在松散煤體中傳播的頻譜特征時域演化規(guī)律，借助PSO粒子群優(yōu)化、ELM極限學(xué)習(xí)機(jī)等深度學(xué)習(xí)方法，分析聲發(fā)射信號波譜特征（聲波頻率、類型、相位、聲強(qiáng)等），實(shí)現(xiàn)松散煤體溫度場聲發(fā)射信號的準(zhǔn)確識別。此外，還可通過構(gòu)建松散煤體空隙環(huán)境氣體溫度與介質(zhì)中聲波傳播特征參數(shù)（比如聲速）的“聲速-煤溫”函數(shù)映射關(guān)系來反演煤溫，然后通過計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)重構(gòu)采空區(qū)非均溫度場，以此來圈定高溫點(diǎn)的煤溫及范圍，達(dá)到闡明煤自燃進(jìn)程聲發(fā)射感溫機(jī)制與采空區(qū)隱蔽火源聲學(xué)法探測的目的。

同時，可展開煤氧化自燃試驗(yàn)測試，結(jié)合數(shù)值模擬研究氧化自燃進(jìn)程中松散煤體非均勻溫度場、氣體濃度場分布演變特征，監(jiān)測不同溫度，不同位置聲發(fā)射信號特征的變化規(guī)律，分析煤變質(zhì)程度、物理結(jié)構(gòu)、含水率、煤溫、粒徑及氣氛條件對聲發(fā)射信號的影響規(guī)律，煤自燃聲發(fā)射測試系統(tǒng)如圖6所示。對西安科技大學(xué)防滅火團(tuán)隊(duì)建立的大型煤自然發(fā)火試驗(yàn)臺進(jìn)行升級改造，在煤自燃試驗(yàn)裝置上加裝聲學(xué)測試系統(tǒng)，主要包括收發(fā)式聲波換能器、信號放大器、多通道數(shù)據(jù)采集卡、聲波收發(fā)器、通道選通與信號調(diào)理器等裝置。采用LabVIEW技術(shù)編寫聲發(fā)射系統(tǒng)的控制界面，并編寫聲波收發(fā)程序，以調(diào)控聲波換能器信號收發(fā)功能。利用聲發(fā)射信號感知煤溫將有望成為煤礦隱蔽火源探測的新方法，以解決煤礦煤溫精準(zhǔn)判識的難題，對松散煤體溫度場重構(gòu)等具有重要研究價值和意義。

圖6 煤自燃聲發(fā)射測試系統(tǒng)示意Fig.6 Schematic of acoustic emission test system for coal spontaneous combustion

5 結(jié) 語

聲發(fā)射信號是一種脈沖式信號，研究其特征參數(shù)的大小和變化趨勢，可為探測介質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征、預(yù)測礦井煤巖災(zāi)害等提供依據(jù)?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于沖擊地壓、煤與瓦斯突出及頂板大面來壓等動力災(zāi)害預(yù)測預(yù)報(bào)、地應(yīng)力測試、巖體穩(wěn)定性評價等領(lǐng)域，今后也將有望應(yīng)用于煤礦煤溫反演探測領(lǐng)域，為地下隱蔽煤火探測提供一個新的技術(shù)思路。

由于煤礦內(nèi)環(huán)境隱蔽復(fù)雜，松散煤體自燃過程具有非均溫度場等特征，并且會產(chǎn)生較大的噪聲?？烧归_煤巖體內(nèi)聲信號傳播衰減特性的試驗(yàn)?zāi)M與數(shù)值仿真以進(jìn)行溫度場重建，構(gòu)建聲信號特征參數(shù)分析與提取算法以進(jìn)行科學(xué)有效降噪。同時，聲發(fā)射信號在松散煤巖體內(nèi)傳播衰減的影響因素及規(guī)律有待進(jìn)一步明晰，以促進(jìn)聲學(xué)法煤溫感知理論及技術(shù)的發(fā)展，這也將是地下煤自燃隱蔽火源聲發(fā)射技術(shù)研發(fā)應(yīng)重點(diǎn)攻關(guān)的技術(shù)關(guān)鍵。