煤与瓦斯突出区域危险性的直流电法响应及应用研究

发布时间：2019-11-16 17:25

【摘要】：煤与瓦斯突出是一种严重的矿井动力灾害，具有明显的区域分布特征。如何进行准确有效的突出区域探测和划分，是区域防突工作的重点和难点，仍需进一步提升技术和装备水平。基于此，本文提出将地球物理勘探方法之一—主动式直流电法技术引入煤与瓦斯突出危险性区域探测中，揭示煤层突出危险要素对煤体电性特征的影响规律与作用机制，研究煤与瓦斯突出演化过程直流电法响应规律，提出直流电法探测煤与瓦斯区域突出危险性的技术思路及判识方法，并进行现场初步应用。 （1）实时测试并分析了不同煤体在单轴压缩、循环加载和分级加载过程中电阻率变化规律，发现对于同一导电特性的煤体而言，电阻率随加载压力的变化趋势是一致的；对于不同导电特性的煤体，发生破坏之前电阻率呈现各自不同的变化规律，破坏后电阻率最终都呈上升趋势。深入研究了煤体单轴压缩全应力-应变过程不同阶段电阻率变化规律，发现以体积应变为标志的扩容现象对电阻率具有重要影响，主要体现在扩容点处电阻率会出现突变现象。 （2）基于煤体瓦斯的吸附/解吸特性，实时测试并分析了瓦斯吸附/解吸过程煤体电阻率变化规律，并针对不同煤样、不同气体压力及不同气体种类，分别研究了煤体电阻率的响应特征，结果表明：不同煤样实验过程中电阻率变化特征也有所不同，因煤体的导电特性的差异，电阻率在气体吸附过程呈上升和下降两种趋势；煤体电阻率在气体吸附阶段与解吸阶段呈相反的变化趋势；气体压力越大，吸附能力越强，煤体电阻率变化幅度就越大。 （3）从微观角度研究了煤的导电机理和导电特性，提出了煤的弱束缚离子导电机理，揭示了煤体导电特性和孔隙裂隙结构的演化是决定其受载过程电阻率变化特征的主要因素；研究了瓦斯对煤体电阻率作用机制，发现含瓦斯煤的力学特性对煤体电阻率具有重要影响，应力和瓦斯对煤体电阻率的作用机制从本质上讲都是煤体导电通道受到外力作用而改变了力学特性，从而影响了电阻率的变化。 （4）建立了煤与瓦斯突出模拟及并行电法测试实验系统，测试研究了煤与瓦斯突出演化过程直流电法的响应规律，结果表明：并行电法对应力、瓦斯的作用以及突出发生前后的差异性都有较好的响应，说明并行电法测试结果能够反映煤与瓦斯突出时-空演化过程。提取了视电阻率值、自然电位和一次场电流作为并行电法特征参数，分析发现特征参数在煤与瓦斯突出演化过程中也有各自的变化规律。对比分析了硬煤和构造软煤视电阻率特征，发现构造软煤视电阻率较低，并具有强非均质性的特点。 （5）提出了直流电法探测煤与瓦斯区域突出危险性的技术思路及判识方法，结合瓦斯地质分析，分别进行了网络并行电法探测回采工作面和掘进工作面区域突出危险性的现场试验，掘进和回采情况也较好的验证了探测结果的可靠性。 研究成果为煤与瓦斯区域突出危险性探测提供了新的技术手段，，对于促进煤田地球物理勘探技术的应用和发展具有重要意义，对于其他煤岩动力灾害的区域性探测和评价也具有重要的参考作用。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TD713

【参考文献】

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1 郭德勇,韩德馨,王新义;煤与瓦斯突出的构造物理环境及其应用[J];北京科技大学学报;2002年06期

2 胡雄武;张平松;吴荣新;郭立全;肖玉林;;矿井多极供电电阻率法超前探测技术研究[J];地球物理学进展;2010年05期

3 吴小平,施行觉,郭自强;花岗岩压缩带电的实验研究[J];地球物理学报;1990年02期

4 王恩元,何学秋,窦林名,周世宁,聂百胜,刘贞堂;煤矿采掘过程中煤岩体电磁辐射特征及应用[J];地球物理学报;2005年01期

5 彭苏萍,高云峰,杨瑞召,陈华靖,陈信平;AVO探测煤层瓦斯富集的理论探讨和初步实践——以淮南煤田为例[J];地球物理学报;2005年06期

6 王恩元;李忠辉;刘贞堂;李艳娜;宋晓艳;;受载煤体表面电位效应的实验研究[J];地球物理学报;2009年05期

7 孙立广,施行觉,倪守斌;超声波探测在构造地质研究中的初步应用[J];地质与勘探;1992年02期

8 万琼芝;煤的电阻率和相对介电常数[J];煤矿安全技术;1982年01期

9 樊栓保;国内外煤与瓦斯突出预测的新方法[J];矿业安全与环保;2000年05期

10 徐龙君,刘成伦,鲜学福;频率对突出区煤导电性的影响[J];矿业安全与环保;2000年06期

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1 段东;煤与瓦斯突出影响因素及微震前兆分析[D];东北大学　;2009年

2 欧建春;煤与瓦斯突出演化过程模拟实验研究[D];中国矿业大学;2012年

本文编号：2561927