煤岩静爆致裂微震活动规律及频谱演变特征
发布时间：2020-03-01 07:21
【摘要】：利用静态破碎剂对原煤试件进行静爆致裂,通过煤岩动力灾害实验模拟系统(ZDKT-1型)实时监测该破裂过程中的微震信号,以模拟研究煤岩静爆致裂增透过程中微震活动规律及频谱演变特征。研究发现:(1)受煤岩层理影响,煤岩静爆致裂后除纵向裂纹外还存在横向裂纹,但纵向裂纹多于横向裂纹;(2)静爆致裂可分微裂、膨胀压传递及劈裂3个阶段;随着进程发展,微震幅值趋于走强,尾波愈发明显,频域变宽(但主频降低),且主震、尾波频域差异较大;可通过微震幅值、尾波发育及频谱特征评估煤层静爆致裂增透进程;(3)微震事件阵发性明显,且幅值及能量呈强弱相间分布;微震计数与总裂纹面积正有关,可通过微震事件数评价煤层致裂增透效果。
【图文】：
杉捌淦灯籽荼涮卣鳌Ｑ芯砍晒鉩韵殖?煤层静爆致裂卸压增透应用中的进程、效果及安全性微震监测具有重要意义，同时也可完善矿井动力灾害的微震预测指标。1实验简介1.1试件制备实验所用的煤块为大同塔山煤矿的1/3焦煤，经落锤法测试其坚固性系数为1.82。所采大块煤样先经取芯机制得8个高、径均为100mm的圆柱体，后在圆柱体中部再用相同方式施工贯穿试件的炮孔;精密打磨试件两端保证不平行度小于0.02mm。因部分试件损坏，最终成功制备炮孔直径为20，40mm各3个。按炮孔直径不同，将试件分为M20和M40两组，，试件实物如图1所示。图1原煤试件实物Fig.1Ｒawcoalspecimens1.2实验系统实验系统包括应变采集系统及煤岩动力灾害实验模拟系统两部分(系统示意如图2所示)。在试件上端和侧面的中部各粘贴1个应变片(型号为MC－AF－120，秦皇岛信恒电子科技公司)，在试件上端面布置一微震传感器(具体参数见表1)。2静态破碎剂及其致裂机制2.1静态破碎剂静态破碎剂的主要成分是氧化钙，与水反应生成氢氧化钙过程中体积增大，同时放出热量。实验室室1707
煤炭学报2017年第42卷图2实验系统示意Fig.2Schematicplotoftestsystem1—应变片;2—微震传感器表1微震传感器参数Table1Technicaldataofmicroseismsensor指标/信号单位SF1500S型线性输出范围g峰值±3灵敏度(差分)V/g1.2频响(全信号)HzDC～1500频响(微信号)HzDC～5000动态范围(100HzBW)dB120噪声(10～1000Hz)i醤grms/Hz300～500操作温度℃40～150线性度误差%Fullscale±0.1输入电压VoltsDC±(6～15)静态电流mA11.6内温度为22～25℃，选用北京新中岩建材科技有限公司生产的HSCA－II型静态破碎剂(适用温度为20～30℃)。利用外管法［18］测试了所选破碎剂在20和40mm两种炮孔直径下的膨胀应力特性，将其与水按质量比3∶1混合搅拌为流动性浆体，并在3min内把浆体装填至炮孔内。测试结果如图3所示，分析发现2种炮孔下的膨胀应力都超过10MPa，远大于煤岩材料的抗拉强度。图3静态破碎剂膨胀应力曲线Fig.3Expansionstressofsoundlessbrokenagent2.2静爆致裂机制金宗哲、朱文等［19］经静态破碎剂室内及现场实验，并结合数理分析提出了静态破碎剂的碎岩机制。结合煤岩材料特性，分析认为其在静态破碎剂作用下发生破裂过程可划分为3个阶段［20］:(1)微裂阶段:随着静态破碎剂水化反应的进行，膨胀应力逐渐变大，炮孔附近单元主要受切向拉应力σθ、径向压应力σr和轴向拉应力σl综合作用;大量煤岩裂隙、孔隙在压应力作用下闭合，切向拉应力使试件产生新的径向裂纹。因破碎剂水化反应早期膨胀应力较小，此阶段损伤范围局限于炮孔附近单元，把微裂阶段造成损伤区域称为破损区(图4)。图4静态破碎剂碎岩机制Fig.4Ｒockbreakingmechanismofsoundlessbrokenagent(2)膨胀压的传递阶段:随着水化反?
【图文】：
杉捌淦灯籽荼涮卣鳌Ｑ芯砍晒鉩韵殖?煤层静爆致裂卸压增透应用中的进程、效果及安全性微震监测具有重要意义，同时也可完善矿井动力灾害的微震预测指标。1实验简介1.1试件制备实验所用的煤块为大同塔山煤矿的1/3焦煤，经落锤法测试其坚固性系数为1.82。所采大块煤样先经取芯机制得8个高、径均为100mm的圆柱体，后在圆柱体中部再用相同方式施工贯穿试件的炮孔;精密打磨试件两端保证不平行度小于0.02mm。因部分试件损坏，最终成功制备炮孔直径为20，40mm各3个。按炮孔直径不同，将试件分为M20和M40两组，，试件实物如图1所示。图1原煤试件实物Fig.1Ｒawcoalspecimens1.2实验系统实验系统包括应变采集系统及煤岩动力灾害实验模拟系统两部分(系统示意如图2所示)。在试件上端和侧面的中部各粘贴1个应变片(型号为MC－AF－120，秦皇岛信恒电子科技公司)，在试件上端面布置一微震传感器(具体参数见表1)。2静态破碎剂及其致裂机制2.1静态破碎剂静态破碎剂的主要成分是氧化钙，与水反应生成氢氧化钙过程中体积增大，同时放出热量。实验室室1707
煤炭学报2017年第42卷图2实验系统示意Fig.2Schematicplotoftestsystem1—应变片;2—微震传感器表1微震传感器参数Table1Technicaldataofmicroseismsensor指标/信号单位SF1500S型线性输出范围g峰值±3灵敏度(差分)V/g1.2频响(全信号)HzDC～1500频响(微信号)HzDC～5000动态范围(100HzBW)dB120噪声(10～1000Hz)i醤grms/Hz300～500操作温度℃40～150线性度误差%Fullscale±0.1输入电压VoltsDC±(6～15)静态电流mA11.6内温度为22～25℃，选用北京新中岩建材科技有限公司生产的HSCA－II型静态破碎剂(适用温度为20～30℃)。利用外管法［18］测试了所选破碎剂在20和40mm两种炮孔直径下的膨胀应力特性，将其与水按质量比3∶1混合搅拌为流动性浆体，并在3min内把浆体装填至炮孔内。测试结果如图3所示，分析发现2种炮孔下的膨胀应力都超过10MPa，远大于煤岩材料的抗拉强度。图3静态破碎剂膨胀应力曲线Fig.3Expansionstressofsoundlessbrokenagent2.2静爆致裂机制金宗哲、朱文等［19］经静态破碎剂室内及现场实验，并结合数理分析提出了静态破碎剂的碎岩机制。结合煤岩材料特性，分析认为其在静态破碎剂作用下发生破裂过程可划分为3个阶段［20］:(1)微裂阶段:随着静态破碎剂水化反应的进行，膨胀应力逐渐变大，炮孔附近单元主要受切向拉应力σθ、径向压应力σr和轴向拉应力σl综合作用;大量煤岩裂隙、孔隙在压应力作用下闭合，切向拉应力使试件产生新的径向裂纹。因破碎剂水化反应早期膨胀应力较小，此阶段损伤范围局限于炮孔附近单元，把微裂阶段造成损伤区域称为破损区(图4)。图4静态破碎剂碎岩机制Fig.4Ｒockbreakingmechanismofsoundlessbrokenagent(2)膨胀压的传递阶段:随着水化反?
【参考文献】
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1 薛Z
本文编号：2583970
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