复合煤岩变形破裂应力-电荷-温度耦合模型研究
杨桢1
苏小平2
李鑫3
1.辽宁工程技术大学电气与控制工程学院,辽宁葫芦岛125105;辽宁工程技术大学力学与工程学院,辽宁阜新1230002.辽宁工程技术大学电气与控制工程学院,辽宁葫芦岛,1251053.辽宁工程技术大学电气与控制工程学院,辽宁葫芦岛125105;辽宁工程技术大学矿业学院,辽宁阜新123000
摘要：为探究复合煤岩力学性质与电荷、温度信号内在联系,从大同忻州窑矿具有典型煤岩动力灾害特征煤层,提取顶板岩、煤样、底板岩按照1∶1∶1比例制备复合煤岩试样,采用0.1,0.3,1.0 mm/min三种不同加载速率对煤岩试样进行单轴加载破裂实验,研究复合煤岩试样单轴加载变形破裂过程中电磁、电荷、温度信号变化规律.试验结果表明:电磁辐射脉冲、电荷感应、温度在复合煤岩试样失稳破坏前均出现明显的前兆变化特征;加载初期电磁辐射、电荷感应信号较弱,随着加载应力水平的增加,两个信号逐渐增强,在临近峰值应力前信号达到最强,具有较强的一致性,两者呈二次相关性,系数在0.8以上;相对于电磁辐射信号变化特征,电荷感应信号的持续时间较短,信号特征为阵发性的,当以0.1 mm/min速率加载时,电荷感应信号最强,0.3,1.0 mm/min速率加载时信号变化率随加载速率增大而增大;温度总体呈阶跃式、台阶式上升趋势,在峰值前达到最大值.结合复合煤岩破裂SET(stress-electricity-thermal)耦合模型,推导电磁辐射脉冲数与电荷感应电压之间的数学关系,构建了SCT(stress-charge-thermal)耦合模型.针对12组试样进行试验,数据拟合结果表明:SCT模型参数n,b'的数据拟合精度较SET耦合模型m,b稍高,复相关系数基本均在0.9以上,具有较高契合度.试样产生的电磁辐射、电荷感应及温度变化与自由电荷、内部微破裂、摩擦等因素有关.在煤矿现场电荷感应检测受干扰相对于电磁辐射要小很多,故可考虑采用SCT耦合模型对煤岩动力灾害进行预测预报.
关键词：复合煤岩变形破裂电荷感应变化规律耦合模型
分类号：TD324(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(51604141)国家自然科学基金(51204087)国家自然科学基金(20170540427)
论文发表日期：2019-01-01
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：8( 2733-2740 )
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