煤炭学报

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,

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-electricity-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。

来源：2019年第9期

《煤炭学报》期刊编辑部

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