煤与瓦斯复合体受载变形破坏特征及微震-电荷感应规律

发布时间：2021-06-07 13:58

　　针对冲击地压-煤与瓦斯突出复合动力灾害预测手段欠缺、前兆信息监测方法不完善这一工程现状,利用自主研发的高频微震全波形实时监测系统和电荷感应监测系统开展了煤与瓦斯复合体受载变形破坏试验,分析了不同瓦斯压力下煤与瓦斯复合体变形破坏特征及微震信号和电荷感应信号显现规律的关系,以及瓦斯压力对3者的影响。结果表明:煤与瓦斯复合体变形破坏可分为3个阶段,即弹性阶段、屈服强化阶段和破坏阶段,随着瓦斯压力的增大,煤与瓦斯复合体的抗压强度、弹性模量和软化模量减小,冲击倾向性降低,弹性和屈服强化阶段持续时间缩短;煤与瓦斯复合体变形破坏过程中有微震信号和电荷感应信号产生,且两种信号的峰值振幅均出现在煤与瓦斯复合体的破坏阶段;随着瓦斯压力的增大,微震信号和电荷感应信号数量增加且越来越分散,振幅增大,峰值振幅对应的应力降速率增大,同时,微震信号峰值振幅所在波形的起始振幅增大,峰值振幅前移,且越来越接近起始振幅。煤与瓦斯复合体中瓦斯压力越大,越容易发生冲击地压-煤与瓦斯突出复合动力灾害,通过微震信号和电荷感应信号的监测能够在一定程度上判断复合体所处的变形破坏阶段,结合瓦斯压力大小可预判复合动力灾害的类型和危险性。 

【文章来源】：煤炭学报. 2020,45(05)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

试验系统

试验所用原煤取自阜新恒大煤矿埋深850 m处某含瓦斯煤层,将选取的原煤试块取芯和切割,加工成?50 mm×100 mm的圆柱形标准试样,并将其断面磨平,平整度在0.2 mm以内。试样如图2所示。2.2 试验方案及步骤

图3为不同瓦斯压力下煤与瓦斯复合体应力-应变曲线,由图3可知,煤与瓦斯复合体变形破坏全程可大致分3个阶段:弹性阶段(OAi段即(0～70%)σc)、屈服强化阶段(AiBi段即(70%～100%)σc)和破坏阶段(BiCi段即峰后应力降至0或0附近残余强度处),其中i=0,1,2,σc为抗压强度。瓦斯压力为0 MPa时,试样抗压强度为9.89 MPa;应力-应变曲线的OB0段基本呈线性上升,弹性模量约为13.94 MPa;抗压强度后B0C0段曲线呈现“断崖式”下降趋势,波动很小,直至残余强度,软化模量约为49.45 MPa。这一变形破坏特征属于典型的强冲击倾向性煤体,即在抗压强度前煤体积蓄大量弹性能,能量损耗很少,当外加载荷超过抗压强度时,煤体瞬间发生失稳破坏,积蓄的弹性能被突然释放,转化为碎煤携带着动能向外弹射,在井下现场则构成严重冲击地压事故。

【参考文献】：
期刊论文
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[5]煤矿复合动力灾害危险性实时预警平台研究与展望[J]. 姜福兴,杨光宇,魏全德,王存文,曲效成,朱斯陶.  煤炭学报. 2018(02)
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[7]含水煤岩单轴压缩微震信号特征试验研究[J]. 刘玉春,赵扬锋,张超,程传杰.  中国安全生产科学技术. 2017(02)
[8]煤与瓦斯突出、冲击地压复合动力灾害一体化研究[J]. 潘一山.  煤炭学报. 2016(01)
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博士论文
[1]煤岩强度、变形及微震特征的基础试验研究[D]. 杨永杰.山东科技大学 2006



本文编号：3216707