煤岩电荷感应信号预测冲击地压研究

论文摘要

冲击地压是世界范围内煤矿矿井中最严重的自然灾害之一,预测对及时采取区域性防范措施和局部性解危措施十分重要,以电荷感应信号变化特征预测冲击地压是一种可行有效方法。本文用理论分析、室内实验及现场监测对煤岩体电荷感应信号规律及影响因素进行研究。建立单轴压缩煤岩变形电荷感应信号实验系统,研究了不同类型煤岩体在相同加载速率下电荷感应信号特征及其变化规律;同类型煤岩体在不同加载速率下电荷感应信号特征及其变化规律;煤岩体变形过程中电荷感应信号与抗压强度关系。得出不同加载速率下同类型煤岩体电荷感应信号随加载速率增大,电荷感应信号增加。不同类型煤岩体在相同加载速率下,其变形破裂过程中电荷感应信号幅值有随极限应力增加而增加趋势。建立了温度对煤岩产生电荷感应信号影响的实验系统,研究了岩体随温度变化过程中电荷感应信号特征及其变化规律。得出随温度升高,电荷感应信号增强;环境温度对电荷感应信号预测冲击地压几乎无影响。建立了煤岩体受摩擦对其电荷感应信号影响的实验系统,研究了煤岩体受摩擦过程中的电荷感应信号特征及其变化规律。得出煤岩体受摩擦过程中电荷感应信号与煤岩性质有较大关系,煤岩越硬,摩擦时产生的电荷感应信号值越高。根据实验结果分析得出,煤岩体电荷产生的主要机理是煤岩在受载过程中,煤岩颗粒、矿物质颗粒和胶结物相互之间会发生滑动、错动,因摩擦而产生电荷。煤岩电荷感应信号信息综合反映了冲击地压的主要影响因素,电荷感应信号值主要反映了煤岩体的受载程度及变形程度。采用煤岩电荷感应信号对冲击地压的危险性评价及预测预报是可行有效的,从监测到的结果就可以确定冲击地压发生的区域地点,这为我们采取相应和有效的防治措施提供了科学依据。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究问题的提出及意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 震前电荷异常及煤岩变形破裂电荷感应现象
• 1.2.2 煤岩变形电荷感应机理研究现状
• 1.3 研究内容
• 2 煤岩电荷感应机理研究
• 2.1 煤岩体电荷感应机理宏观描述
• 2.2 煤岩体分离电荷机理
• 2.2.1 自由电荷产生的量子力学理论分析
• 2.2.2 煤岩体变形及裂纹扩展过程中的电荷分离
• 2.2.3 压电效应
• 2.2.4 摩擦起电
• 2.3 电荷感应机理
• 2.3.1 电荷感应的瞬变电偶极子（偶电层）机理
• 2.3.2 电荷感应的电荷变速运动机理
• 2.3.3 振荡裂隙壁面的能量耗散产生电荷感应
• 2.4 本章小结
• 3 煤岩电荷感应信号实验研究
• 3.1 实验试件
• 3.2 煤岩电荷感应信号实验系统及实验
• 3.2.1 煤岩电荷感应信号实验系统
• 3.2.2 煤岩电荷感应信号实验内容及实验
• 3.3 煤岩电荷感应信号实验结果与分析
• 3.3.1 温度对岩体电荷感应信号的影响
• 3.3.2 煤岩摩擦过程中电荷感应信号特征
• 3.3.3 煤岩压缩变形电荷感应特征
• 3.3.4 煤岩性质对电荷感应影响研究
• 3.3.5 加载速率对电荷感应影响研究
• 3.4 煤岩电荷感应分析
• 3.5 本章小结
• 4 采场电荷感应信号监测冲击地压
• 4.1 冲击地压危险区域划分原则
• 4.2 电荷感应信号仪器及预测冲击地压原理
• 4.3 监测区域地质概况
• 4.4 测点布置与数据分析
• 4.4.1 测点布置
• 4.4.2 监测结果分析
• 4.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 作者简历
• 一、基本情况
• 二、在学期间从事的科研工作
• 三、在学期间所获的奖励
• 四、在学期间发表的学术论文和申请专利
• 学位论文数据集