受载煤微表面力电特性及电荷振荡电磁辐射模型研究
发布时间：2022-01-10 03:29
煤岩电磁辐射技术已经在煤岩动力灾害监测预警等许多工程实践中很好地应用,为工程实践提供了一定的安全技术保障。目前,煤岩变形破裂电磁辐射机理仍不明确,使该技术应用缺乏严谨的理论支撑。对煤岩变形破裂电磁辐射机理的实验研究多停留在宏细观尺度,尚未真正推进到微纳米尺度,只有通过精密的微观实验真正认识煤岩微纳米尺度的力学和电学特性,才能从本质上把握煤岩变形破裂电磁辐射现象。基于此,本文以揭示煤的微纳米尺度力电特性为基础,研制煤的微表面力电特性动态加载原位测试实验系统,测试分析不同变质程度煤静态和加载条件下微表面形貌、微表面力电特性及其变化规律,研究载荷对微表面力电特性的影响机制,揭示载荷与微表面电势的关系,阐释载荷作用下微表面电荷产生机理;在此基础上,结合断裂力学和电磁学,建立煤体破裂裂纹壁面电荷振荡电磁辐射模型,并进行宏观实验验证,进一步揭示煤体破裂电磁辐射机理。本文主要取得以下结论:（1）测试并分析了静态条件下煤的纳米尺度表面形貌特征、力电特性及其变化规律,研究了微表面电势的形成机制。结果表明,煤的微表面存在许多圆形和椭圆形的凸起和不规则的凹陷,且这些凸起和凹陷增大了微表面粗糙度和表面积;煤的...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１?２０１０－２０１９年煤炭产量及能源消费占比??
?受载煤微表面力电特性及电荷振荡电磁辐射模型研究???开釆，地应力、瓦斯压力和瓦斯含量不断增高，采区应力分布越来越复杂，??煤岩动力灾害发生频次、强度、破坏程度和伤亡人数也呈相对上升的趋势，??煤岩动力灾害日趋严重［５－７］。??１．０－１???０．９－??＾?０８－??Ｉ?＼??Ｑ?０．６－?＼??齊?°?５：?｜＼??１１１１１?ＩＴｔｔ＜??２０１０?２０１２?２０１４?２０１６?２０１８?２０２０??年份??图１－２?２０１０－２０１９年煤矿事故百万吨死亡率??我国煤矿典型动力灾害主要包括冲击地压灾害、煤与瓦斯突出灾害和煤??岩瓦斯复合动力灾害。研宄认为，冲击地压灾害和煤与瓦斯突出灾害是由煤??岩体破坏打破了矿体与围岩构成的变形力学系统平衡，且破坏释放的能量大??于变形消耗的能量，释放的多余的能量使煤岩抛出、围岩震动而诱发的灾害，??具有突然、急剧、猛烈等特点，不仅危害程度大，影响面广，而且容易诱发??其他重大事故［３，８］。??煤岩动力灾害监测预警作为一种灾害发生前的预示和警报，能够对动力??灾害危险提出警示，是煤矿安全开采的有利保障。应用煤岩动力灾害监测预??警系统能够明显提高灾害数据采集的时效性和准确性，通过对灾害监测信息??的研究，可以帮助从业人员制定出更好的防控措施，尽可能地降低成本和对??生产的影响，促进矿山安全提质增效。因此，研究经济可靠、行之有效的预??测方法和预警指标、研宄煤岩动力灾害现象监测预警的理论和方法等是煤岩??动力灾害防治科研工作者的重要研究内容。??目前国内外主要使用的煤岩动力灾害监测预警方法有两大类。一类是常??规指标方法，即利用钻肩量［９］、钻孔瓦斯
采用文献查阅、实验研究、理论分析和模型建立等方法进行研究。整体??思路为：在查阅大量文献资料后发现研究领域内的不完善之处并总结确定研??究内容，制定研究方案，研制实验系统，开展实验室实验，分别对静态和动??态加载下不同变质程度煤的微表面形貌、微表面力学和电学特性及其变化规??律进行研宄，探讨微表面力电特性变化机制；结合断裂力学和电磁理论，建??立煤体变形破裂产生电磁辐射的微观模型，并利用实验室宏观实验对微观模??型进行验证，进一步揭示煤体变形破裂产生电磁辐射的机理。技术路线图如??图１－３所示。??：受载煤微表面力电特性及电荷振荡电磁辐射模型研究！??＿?！?煤的微观动态加载原位测试实验系统研制?丨??Ｈｂ???ＪＬ?＇??Ｋａｉ?ｊ?Ｉ?集成?ｌ?Ｉ??？静态测试实验系统?＋?微观动态加载系统：??Ｍ?，—－－－—广１：???静态测试１实验研究?动态加载原位测１实验研究??Ｉ?＝?纳米尺度形貌特征＿丨丨．微米尺度形貌变化表征丨??Ｉ丨‘?齡尺度力学特征＇Ｉ?ｂ齡尺度力学特性变化特征ＩＩＩ園??ｉ?＋?麟尺度电学特ａ丨｜微米尺度电学特性变化特征＋??ｉ理论力电特性变化规律！?ｉ载荷作用下力电特性变化规律理论??ｉ?力电特性变化机制ｉｉ栽荷作用下力电特性变化机制ｉ??＿！?微裂纹形成及扩展力学机制?微裂纹振荡机制?丨??ｍｍ?Ｉ微表面力学特性对微破裂的影响?微裂纹表面电荷振荡机制！??０?！微裂纹扩展过程自由电荷产生机制?电荷振荡等效电偶极子模型！??？！?微裂纹表醜細荡电磁辐射模型?ｉ???ｒ???幌健龍翻賊咖Ｍ雞验验证??图１－３技术路线图??－１４?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Surface microtopography and micromechanics of various rank coals[J]. Xiang-hui Tian,Da-zhao Song,Xue-qiu He,Hui-fang Liu,Wei-xiang Wang,Zhen-lei Li. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2019(11)
[2]煤与瓦斯突出预警技术研究现状及发展趋势[J]. 宁小亮. 工矿自动化. 2019(08)
[3]摩擦起电的界面调控与应用研究[J]. 郑有斌,马韶晨,冯雁歌,王道爱,周峰,刘维民. 中国科学:化学. 2018(12)
[4]不同变质程度煤岩微表面电性特征[J]. 何学秋,宋大钊,柳先锋,王伟象,李振雷,刘慧芳. 煤炭学报. 2018(09)
[5]煤矿典型动力灾害风险精准判识及监控预警关键技术研究进展[J]. 袁亮,姜耀东,何学秋,窦林名,赵毅鑫,赵旭生,王凯,于庆,卢新明,李红臣. 煤炭学报. 2018(02)
[6]煤与瓦斯突出远程智能监测预警系统研究[J]. 邱黎明,李忠辉,王恩元,刘贞堂,张酉年,夏善奎. 工矿自动化. 2018(01)
[7]煤复电阻率各向异性及其频率响应特征研究[J]. 郭晓洁,郇璇,宫伟东,张玉贵. 煤炭科学技术. 2017(04)
[8]考虑有效应力的钻屑量理论分析及试验研究[J]. 唐巨鹏,陈帅,李卫军. 岩土工程学报. 2018(01)
[9]超细粉碎方式对超净煤分选效果的影响[J]. 赵静,付晓恒,王婕,宋国阳,王锴. 煤炭学报. 2016(12)
[10]基于震例的地震电磁异常特征研究[J]. 何康,郑海刚,李军辉,王俊. 地震. 2016(04)
博士论文
[1]基于非共价键作用力构筑的超分子聚合物材料[D]. 王虎.浙江大学 2019
[2]原子/分子与石墨烯材料相互作用研究[D]. 张鑫.兰州大学 2018
[3]冲击载荷作用下煤的动态拉伸及Ⅰ型断裂力学特性研究[D]. 龚爽.中国矿业大学(北京) 2018
[4]煤表面微结构特征与电磁辐射机理研究[D]. 柳先锋.中国矿业大学(北京) 2018
[5]玉米淀粉与蛋白质组合结构及分离机理研究[D]. 闫荣.沈阳农业大学 2016
[6]脆性材料中动态裂纹传播问题的研究[D]. 张振亚.宁波大学 2013
[7]煤岩物性的电磁辐射响应特征与机制研究[D]. 宋晓艳.中国矿业大学 2009
[8]应力波作用下岩石电磁辐射与声发射特性研究[D]. 万国香.中南大学 2008
[9]煤大分子化合物结构测定及模型构建[D]. 叶翠平.太原理工大学 2008
[10]冲击地压电磁辐射前兆信息的时间序列数据挖掘及群体识别体系研究[D]. 刘晓斐.中国矿业大学 2008
硕士论文
[1]含瓦斯煤受载破坏表面电位特征研究[D]. 刘永杰.中国矿业大学 2014
本文编号：3579968
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１?２０１０－２０１９年煤炭产量及能源消费占比??
?受载煤微表面力电特性及电荷振荡电磁辐射模型研究???开釆，地应力、瓦斯压力和瓦斯含量不断增高，采区应力分布越来越复杂，??煤岩动力灾害发生频次、强度、破坏程度和伤亡人数也呈相对上升的趋势，??煤岩动力灾害日趋严重［５－７］。??１．０－１???０．９－??＾?０８－??Ｉ?＼??Ｑ?０．６－?＼??齊?°?５：?｜＼??１１１１１?ＩＴｔｔ＜??２０１０?２０１２?２０１４?２０１６?２０１８?２０２０??年份??图１－２?２０１０－２０１９年煤矿事故百万吨死亡率??我国煤矿典型动力灾害主要包括冲击地压灾害、煤与瓦斯突出灾害和煤??岩瓦斯复合动力灾害。研宄认为，冲击地压灾害和煤与瓦斯突出灾害是由煤??岩体破坏打破了矿体与围岩构成的变形力学系统平衡，且破坏释放的能量大??于变形消耗的能量，释放的多余的能量使煤岩抛出、围岩震动而诱发的灾害，??具有突然、急剧、猛烈等特点，不仅危害程度大，影响面广，而且容易诱发??其他重大事故［３，８］。??煤岩动力灾害监测预警作为一种灾害发生前的预示和警报，能够对动力??灾害危险提出警示，是煤矿安全开采的有利保障。应用煤岩动力灾害监测预??警系统能够明显提高灾害数据采集的时效性和准确性，通过对灾害监测信息??的研究，可以帮助从业人员制定出更好的防控措施，尽可能地降低成本和对??生产的影响，促进矿山安全提质增效。因此，研究经济可靠、行之有效的预??测方法和预警指标、研宄煤岩动力灾害现象监测预警的理论和方法等是煤岩??动力灾害防治科研工作者的重要研究内容。??目前国内外主要使用的煤岩动力灾害监测预警方法有两大类。一类是常??规指标方法，即利用钻肩量［９］、钻孔瓦斯
采用文献查阅、实验研究、理论分析和模型建立等方法进行研究。整体??思路为：在查阅大量文献资料后发现研究领域内的不完善之处并总结确定研??究内容，制定研究方案，研制实验系统，开展实验室实验，分别对静态和动??态加载下不同变质程度煤的微表面形貌、微表面力学和电学特性及其变化规??律进行研宄，探讨微表面力电特性变化机制；结合断裂力学和电磁理论，建??立煤体变形破裂产生电磁辐射的微观模型，并利用实验室宏观实验对微观模??型进行验证，进一步揭示煤体变形破裂产生电磁辐射的机理。技术路线图如??图１－３所示。??：受载煤微表面力电特性及电荷振荡电磁辐射模型研究！??＿?！?煤的微观动态加载原位测试实验系统研制?丨??Ｈｂ???ＪＬ?＇??Ｋａｉ?ｊ?Ｉ?集成?ｌ?Ｉ??？静态测试实验系统?＋?微观动态加载系统：??Ｍ?，—－－－—广１：???静态测试１实验研究?动态加载原位测１实验研究??Ｉ?＝?纳米尺度形貌特征＿丨丨．微米尺度形貌变化表征丨??Ｉ丨‘?齡尺度力学特征＇Ｉ?ｂ齡尺度力学特性变化特征ＩＩＩ園??ｉ?＋?麟尺度电学特ａ丨｜微米尺度电学特性变化特征＋??ｉ理论力电特性变化规律！?ｉ载荷作用下力电特性变化规律理论??ｉ?力电特性变化机制ｉｉ栽荷作用下力电特性变化机制ｉ??＿！?微裂纹形成及扩展力学机制?微裂纹振荡机制?丨??ｍｍ?Ｉ微表面力学特性对微破裂的影响?微裂纹表面电荷振荡机制！??０?！微裂纹扩展过程自由电荷产生机制?电荷振荡等效电偶极子模型！??？！?微裂纹表醜細荡电磁辐射模型?ｉ???ｒ???幌健龍翻賊咖Ｍ雞验验证??图１－３技术路线图??－１４?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Surface microtopography and micromechanics of various rank coals[J]. Xiang-hui Tian,Da-zhao Song,Xue-qiu He,Hui-fang Liu,Wei-xiang Wang,Zhen-lei Li. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2019(11)
[2]煤与瓦斯突出预警技术研究现状及发展趋势[J]. 宁小亮. 工矿自动化. 2019(08)
[3]摩擦起电的界面调控与应用研究[J]. 郑有斌,马韶晨,冯雁歌,王道爱,周峰,刘维民. 中国科学:化学. 2018(12)
[4]不同变质程度煤岩微表面电性特征[J]. 何学秋,宋大钊,柳先锋,王伟象,李振雷,刘慧芳. 煤炭学报. 2018(09)
[5]煤矿典型动力灾害风险精准判识及监控预警关键技术研究进展[J]. 袁亮,姜耀东,何学秋,窦林名,赵毅鑫,赵旭生,王凯,于庆,卢新明,李红臣. 煤炭学报. 2018(02)
[6]煤与瓦斯突出远程智能监测预警系统研究[J]. 邱黎明,李忠辉,王恩元,刘贞堂,张酉年,夏善奎. 工矿自动化. 2018(01)
[7]煤复电阻率各向异性及其频率响应特征研究[J]. 郭晓洁,郇璇,宫伟东,张玉贵. 煤炭科学技术. 2017(04)
[8]考虑有效应力的钻屑量理论分析及试验研究[J]. 唐巨鹏,陈帅,李卫军. 岩土工程学报. 2018(01)
[9]超细粉碎方式对超净煤分选效果的影响[J]. 赵静,付晓恒,王婕,宋国阳,王锴. 煤炭学报. 2016(12)
[10]基于震例的地震电磁异常特征研究[J]. 何康,郑海刚,李军辉,王俊. 地震. 2016(04)
博士论文
[1]基于非共价键作用力构筑的超分子聚合物材料[D]. 王虎.浙江大学 2019
[2]原子/分子与石墨烯材料相互作用研究[D]. 张鑫.兰州大学 2018
[3]冲击载荷作用下煤的动态拉伸及Ⅰ型断裂力学特性研究[D]. 龚爽.中国矿业大学(北京) 2018
[4]煤表面微结构特征与电磁辐射机理研究[D]. 柳先锋.中国矿业大学(北京) 2018
[5]玉米淀粉与蛋白质组合结构及分离机理研究[D]. 闫荣.沈阳农业大学 2016
[6]脆性材料中动态裂纹传播问题的研究[D]. 张振亚.宁波大学 2013
[7]煤岩物性的电磁辐射响应特征与机制研究[D]. 宋晓艳.中国矿业大学 2009
[8]应力波作用下岩石电磁辐射与声发射特性研究[D]. 万国香.中南大学 2008
[9]煤大分子化合物结构测定及模型构建[D]. 叶翠平.太原理工大学 2008
[10]冲击地压电磁辐射前兆信息的时间序列数据挖掘及群体识别体系研究[D]. 刘晓斐.中国矿业大学 2008
硕士论文
[1]含瓦斯煤受载破坏表面电位特征研究[D]. 刘永杰.中国矿业大学 2014
本文编号：3579968
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/kuangye/3579968.html
