复杂应力状态下煤岩电磁辐射特性实验的研究.pdfVIP

第三篇煤矿煤与瓦斯突出防治技术 复杂应力状态下煤岩电磁辐射特性实验研究* 刘贞堂1’2～，王恩元1’2～，何学秋1’2～，王先义4，赵恩来1’2’3 (1．中国矿业大学能源与安全工程学院江苏徐州 221008； 2．煤矿瓦斯治理国家工程研究中心 江苏徐州 221008； 3．煤炭资源与安全开采国家重点实验室 江苏徐州 22l008； 4．重庆交通大学 重庆 400074) 摘要：运用建立的电磁辐射实验系统，研究了不同煤岩在不同加载条件下的电磁辐射特 征。研究结果表明：煤岩在各种应力状态下都产生电磁辐射信号，电磁辐射脉冲呈阵发性、 非连续性，电磁辐射信号与应力对应关系良好；快速卸载及应力松弛过程中煤岩产生的电磁 辐射脉冲数较小、频率较低；单轴压缩、摩擦条件下煤岩产生的电磁辐射信号频谱较宽、脉冲 数较大；煤样在蠕变过程产生的电磁辐射信号的特征对利用电磁辐射预测煤与瓦斯突出有 着重要的现实意义。 关键词：煤岩 电磁辐射 摩擦 蠕变 单轴压缩 l 引言 煤岩的电磁辐射特征及其应用研究始于20世纪90年代初，俄罗斯和中国在这方面开 层在砂岩中间)破坏时的电磁辐射，测定了矿井采煤过程中由爆破引起的矿山冲击及塌陷时 究了煤的物理力学性质、受力状态、瓦斯状况对采掘工作面电磁辐射的影响[-’6]。何学秋和 刘明举在我国首次通过实验研究证明，煤在变形破裂过程中有电磁辐射产生，孑L隙气体影响 电磁辐射的产生[2‘7]。王恩元、窦林名、聂百胜等对煤岩破裂电磁辐射机理、效应、频谱、分 形和统计特征、力电耦合等进行了深入的理论和实验研究，并将电磁辐射技术应用于矿井预 测煤岩动力灾害、评定煤岩体的应力状态等[8~1引。 本文主要研究不同种类煤岩电磁辐射特性及其差异，系统研究煤岩在不同的受载变形 条件下(单轴压缩、摩擦、冲击、蠕变、应力松弛、快速卸载)和不同变形破裂阶段电磁辐射的 特性。这对深人研究煤岩电磁辐射产生机理及将电磁辐射技术应用于工程实践具有重要的 意义。 2实验系统及样品制备 实验系统示意图见图1，由A—ER声电动态监测及数据采集系统、TYE一300型压力 试验机、控制箱、计算机、MaxTest压力机控制软件组成。 实验所用煤岩样取自四川芙蓉矿务局白皎煤矿具有严重突出危险的20112瓦斯巷顶 · · 287 2007中国(淮南)煤矿瓦斯治理技术国际会议论文集 图l 电磁辐射信号测试系统 radiation Fig．1electromagneticsignaltestingsystem l——压机机头；2——引伸计；3——煤岩试样；4——绝缘纸；5——电磁辐射天线 6——声发射传感器；7——压力传感器；8——屏蔽网；9——压机控制系统 板、底板、煤层(简称K。层)和2084瓦斯巷煤层(简称K。层)。煤岩样的工业分析及电性参 数见表1。复合煤岩样模拟煤矿井下的情况，由顶板岩石、煤层、底板岩石按一定的方式粘 结而成，即每一试样由顶板泥岩、煤层、底板砂岩粘结组成，粘结剂型号CH31A、CH31B双 mm×100 mmx100 mm×50 管胶，尺寸为西50 mm圆柱形和50 mm长方体样品，复合煤岩 mm×100 样的尺寸为击50 mm圆柱形样品，分三层，顶层泥岩厚33mm，中部煤层厚 33 mm。 mm，底层砂岩厚37 表1 实验煤岩样工业分析及电性参数 Tablel The ande