煤岩体采动破坏电位响应特征规律研究

发布时间：2017-06-12 00:01

  本文关键词：煤岩体采动破坏电位响应特征规律研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：煤岩动力灾害的频发严重制约了矿山的安全高效生产。近年来，地球物理方法在煤岩动力灾害监测预警研究方面逐年升温，其中煤岩电位监测方法在定位监测及抗干扰能力方面有较高优势，在煤岩动力灾害监测领域具有较好的应用价值和发展前景。目前，专门针对采动煤岩体的电位效应研究还未涉及。为此，本文以采动煤岩体为研究对象，首先研究测试分析了复杂应力条件（摩擦）下煤岩样的表面电位变化特征；然后建立了煤岩层相似材料模型，实验研究分析了开采条件下煤岩层变形破坏的电位响应规律，揭示了电位演化与岩层破坏活动的相关性及前兆特征；最后研制了矿用煤岩电位测试装备及系统，进行了性能测定，并在煤矿现场测试分析了采动条件下煤岩体的电位变化规律。研究结果表明： （1）煤岩摩擦过程中会引起表面电位变化，电位信号与摩擦应力具有很好的对应性。岩石摩擦电位信号有剧烈的正负值波动现象，而煤样摩擦表面电位信号突变较弱且未出现剧烈的正负值波动。岩石摩擦面两侧的表面电位极性相反、同侧相同，而煤样摩擦面之间不具有这种电位极性对称特征。 （2）由相似材料模拟实验结果可知，开挖和上覆岩层移动破坏均会产生电位信号，电位信号的变化可以反映煤岩层断裂破坏的过程。停挖间歇期内，上覆岩层往复出现“失稳-稳定-再失稳”的动态变化，电位信号则相应呈现“活跃-平静-活跃”的交替式变化，且电位变化随着采空区范围的扩大而逐渐增强。顶板垮落前电位信号的持续增高或持续增高后减弱的响应模式可以作为顶板失稳垮落的前兆和判断顶板失稳垮落的依据。 （3）现场煤体受采动影响能够诱发电位信号。随着工作面的不断推进，煤体产生的电位信号强度及波动幅度也逐渐增强。受采动影响煤体的电位曲线形态与工作面前方煤体的应力曲线分布有一定的相似性。电位的变化能够反映该区域采动煤体的应力分布状态和演化过程。 本研究成果为深入研究运用煤岩电位监测煤岩动力灾害方面提供了一定的基础依据，对研究大尺度煤岩层破裂演化及探索煤岩动力灾害电位效应预警方法及技术等具有重要理论和现实意义。
【关键词】：煤岩破坏 电位效应 相似材料模拟 监测 变化规律
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD76
【目录】：

• 论文审阅认定书3-4
• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 图清单12-14
• 表清单14-15
• 1 绪论15-21
• 1.1 研究背景及意义15
• 1.2 国内外研究现状15-19
• 1.3 存在的主要问题19
• 1.4 主要内容及技术路线19-21
• 2 采动煤岩体破坏电位效应实验方案21-26
• 2.1 煤岩摩擦表面电位实验方案21-23
• 2.2 煤岩层采动电位相似材料模拟实验方案23-25
• 2.3 本章小结25-26
• 3 煤岩摩擦表面电位变化规律分析26-33
• 3.1 实验结果及分析26-30
• 3.2 摩擦表面电位差异性机理探讨30-31
• 3.3 本章小结31-33
• 4 煤岩层采动电位相似材料模拟变化分析33-43
• 4.1 上覆岩层破坏规律33-34
• 4.2 实验结果及分析34-40
• 4.3 煤岩层电位变化的机理探讨40-42
• 4.4 本章小结42-43
• 5 矿用电位监测装备及系统43-56
• 5.1 电位监测电极选型43-47
• 5.2 监测系统介绍47-49
• 5.3 不同测试环境下监测装备的调试49-54
• 5.4 本章小结54-56
• 6 现场测试及分析56-64
• 6.1 测试矿井概况56-58
• 6.2 现场测试方式58
• 6.3 综放工作面矿压显现特征58-59
• 6.4 煤层电位的变化规律59-61
• 6.5 煤层电位变化的影响因素61-63
• 6.6 本章小结63-64
• 7 全文结论及展望64-66
• 7.1 主要创新点65
• 7.2 展望65-66
• 参考文献66-71
• 作者简历71-73
• 学位论文数据集73

【参考文献】

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本文编号：442730