煤电性参数的实验研究

论文摘要

本硕采用理硕分析和实验室相结合的方法,系统地研究了不同构造类型煤的电性参数,发现同一矿区内原生结构煤的电性参数(电阻率和介电常数)与构造软煤(制作成型煤)的电性参数存在着差异:对于变质程度较低的烟煤,其原生结构煤的电性参数和构造软煤的电性参数差别不是很大;而变质程度较高的无烟煤中的原生结构煤的电性参数和构造软煤的电性参数相差较大。为了更好的研究外界因素以及测试设备对电性参数测定的影响,基于前人研究成果以及数据测试系统LCR表的原理,设计并加工了一套完整的单轴压缩过程中煤岩电性参数测试系统,能在不同温度、水分(以浸泡时间为衡量标准)、测试频率条件下,以及在单轴压缩的过程中测定了煤样电性参数的变化规律。通过对测定数据的分析发现:①各种变质程度的煤样电阻率均是随着温度的上升电阻率呈现的下降趋势,其中无烟煤随温度上升电阻率变化规律性较强(构造软煤电阻率对温度较为敏感);无烟煤煤样的介电常数随着温度上升而上升,而烟煤煤样的介电常数是随着温度上升而较小幅度下降。②随着浸水时间的增加,各种变质程度的煤样电阻率都呈现明显的下降趋势;随着浸水时间的增加,各个矿区煤样的介电常数均有增加的趋势。③测试频率越低,测出的电性参数值高,测试频率越高,测定的电性参数值越低。④在单轴压缩过程中,抗压强度相对较大的鹤壁煤样在达到最大抗压强度的一定值时(型煤最大抗压强度的75%左右,原生结构煤最大抗压强度的85%左右),出现电阻率突然突变;而相对强度较低的焦作和淮南煤样,在单轴压缩的过程中,其电阻率下降较为平缓,突变的情况不明显;在单轴压缩的过程中,介电常数与应力应变曲线较好的拟合。⑤型煤煤样随着加载速率的增加,在单轴压缩的过程中电性参数变化幅度减小;而对于原生结构煤样,其电性参数变化规律不明显。最后利用煤体的物理化学结构特性和电介质物理学的知识从理硕上解释了上述实验现象。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 岩石电性特征的研究现状
• 1.2.2 煤电性特征的研究现状
• 1.2.3 存在的问题
• 1.3 本硕的研究内容、技术路线和研究方法
• 1.3.1 本文的研究内容
• 1.3.2 本文的研究方法与技术路线
• 1.3.3 文章的创新之处
• 1.4 本章小结
• 2 煤的电性特征理论分析
• 2.1 引言
• 2.2 煤的物理化学性质
• 2.2.1 煤的化学性质
• 2.2.2 煤的物理结构
• 2.3 煤的微观导电机理
• 2.3.1 煤化过程中煤导电性变化
• 2.3.2 电介质理论分析
• 2.3.3 有机固体电介质导电
• 2.4 本章小结
• 3 煤电性参数实验系统的建立
• 3.1 电性参数测试原理
• 3.1.1 四端对测试技术
• 3.1.2 阻抗测试原理
• 3.1.3 电阻率与介电常数测定
• 3.2 实验系统的建立及试样制备
• 3.2.1 电性参数实验主要设备
• 3.2.2 煤电性参数基本实验系统
• 3.2.3 单轴压缩条件下电性参数实验系统
• 3.2.4 实验样品及其制备方法
• 3.3 本章小结
• 4 常规条件下煤电性参数测定结果及分析
• 4.1 煤样基本参数测定
• 4.2 煤电性参数影响因素研究的实验结果分析
• 4.2.1 煤样电阻率测试结果及分析
• 4.2.2 煤样介电常数测试结果及分析
• 4.3 本章小结
• 5 单轴压缩条件下煤样电性参数变化规律
• 5.1 煤体单压条件下应力分布特点和破坏形式
• 5.2 单轴压缩条件下煤体电性参数变化规律
• 5.2.1 单轴压缩煤样条件下电阻率变化规律
• 5.2.2 单轴压缩煤样条件下介电常数变化规律
• 5.2.3 加载速率对煤样电性参数的影响
• 5.3 本章小结
• 6 主要研究结硕与展望
• 6.1 主要研究结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集