复合煤岩变形破裂应力-电荷-温度耦合模型研究

论文摘要

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。

论文目录

• 1 受载复合煤岩变形破裂试验
•   1.1 试样制备
•   1.2 试验系统
•   1.3 试验步骤
• 2 试验结果及分析
•   2.1 试验曲线
•   2.2 复合煤岩受载破裂电磁、电荷感应、温度信号演化规律
•   2.3 电磁辐射、电荷感应电压信号相关性
• 3 复合煤岩stress-charge-thermal（SCT）耦合模型
• 4 模型验证
• 5 结 论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 杨桢,苏小平,李鑫

关键词: 复合煤岩,变形破裂,电荷感应,变化规律,耦合模型

来源: 煤炭学报 2019年09期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑

专业: 矿业工程

单位: 辽宁工程技术大学电气与控制工程学院,辽宁工程技术大学力学与工程学院,辽宁工程技术大学矿业学院

基金: 国家自然科学基金青年基金资助项目(51604141,51204087),辽宁省自然科学基金面上资助项目(20170540427)

分类号: TD315

DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2018.1410

页码: 2733-2740

总页数: 8

文件大小: 550K

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