【摘要】：煤巖破壞失穩(wěn)是引起礦山突水、邊坡滑移、隧道坍塌等地質(zhì)災(zāi)害的根本原因。準(zhǔn)確有效地對煤巖破壞失穩(wěn)過程進(jìn)行監(jiān)測預(yù)警,可為礦山、隧道等工程實(shí)踐中煤巖體破壞提供可靠前兆信息。本文主要對四種不同含水率煤巖進(jìn)行單軸加載下的紅外輻射和聲發(fā)射監(jiān)測實(shí)驗(yàn),對比分析了含水煤巖紅外輻射指標(biāo)(平均紅外溫度和逐差紅外輻射方差,VSMIT)和聲發(fā)射指標(biāo)(基于分形理論的振鈴計(jì)數(shù)關(guān)聯(lián)維數(shù)),在加載過程中的變化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上,研究了含水煤巖破壞的聲-熱前兆信息和聲-熱效應(yīng),并嘗試探討了含水煤巖破壞的產(chǎn)生機(jī)制。研究結(jié)果表明:(1)不同含水率煤巖在加載過程中VSMIT都發(fā)生突變,具有普遍性。飽和巖樣(2.5%含水率)的VSMIT突變時的增幅最大,增幅為468.46%,自然巖樣(0.5%含水率)的VSMIT突變時的增幅最小,增幅為81.55%。1%含水率煤樣VSMIT突變時的增幅最大,增幅為57.12%,干燥煤樣的VSMIT突變時的增幅最小,增幅為42.61%。根據(jù)拉依達(dá)準(zhǔn)則,以VSMIT的三倍標(biāo)準(zhǔn)偏差作為控制線對數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選,把峰值應(yīng)力前超出控制線的突變點(diǎn)作為煤巖破壞的前兆點(diǎn)。(2)不同含水率煤巖在加載過程中關(guān)聯(lián)維數(shù)D都發(fā)生突降,具有普遍性。自然巖樣(0.5%含水率)的關(guān)聯(lián)維數(shù)突降時的減幅最大,減幅為58.26%,飽和巖樣的關(guān)聯(lián)維數(shù)突降時的減幅最小,減幅為45.63%。干燥煤樣的關(guān)聯(lián)維數(shù)突降時的減幅最大,減幅為44.19%,飽和煤樣(1.5%含水率)的關(guān)聯(lián)維數(shù)突降時的減幅最小,減幅為37.63%。該突降點(diǎn)可視為基于分形理論的煤巖破壞聲發(fā)射前兆。(3)含水煤巖在破裂過程中具有“時空”聲-熱效應(yīng)。時間上的聲熱效應(yīng)表現(xiàn)在,72.50%的煤巖樣紅外輻射臨界前兆和聲發(fā)射臨界前兆的時間差值在5s之內(nèi)�？臻g上的聲熱效應(yīng)表現(xiàn)在,熱像圖中出現(xiàn)溫度異常區(qū)域的位置和聲發(fā)射三維定位圖中出現(xiàn)事件(煤巖裂隙)的位置有較好的對應(yīng)關(guān)系。(4)嘗試探討了聲-熱前兆產(chǎn)生的機(jī)制。當(dāng)微破裂聚集、貫通形成大裂紋時,大尺度裂紋所占比例增加并出現(xiàn)群集現(xiàn)象,甚至?xí)a(chǎn)生破裂面,裂隙的空間分布由無序向有序的方向發(fā)展,同時由于熱彈效應(yīng)和礦物顆粒(或晶粒)摩擦熱效應(yīng)的存在,使得紅外輻射溫度場出現(xiàn)分異現(xiàn)象,導(dǎo)致紅外輻射溫度場離散程度增大。
【圖文】：

3.1 研究內(nèi)容本文主要研究單軸加載下的不同含水率煤巖破壞失穩(wěn)過程的紅外輻射與聲特征，了解紅外輻射與聲發(fā)射特征隨含水率的變化趨勢，，發(fā)現(xiàn)煤巖破壞失穩(wěn)兆規(guī)律，為煤巖破壞失穩(wěn)的預(yù)報、預(yù)警提供一種新的方法。（1）分析了承載含水煤巖紅外輻射指標(biāo)（平均紅外溫度、逐差紅外輻射方，在加載過程中的變化規(guī)律，在研究紅外輻射特征的基礎(chǔ)上研究了含水煤巖的紅外輻射前兆特征。（2）分析了承載含水煤巖聲發(fā)射指標(biāo)（基于分形理論的振鈴計(jì)數(shù)關(guān)聯(lián)維數(shù)），載過程中的變化規(guī)律，在此基礎(chǔ)上研究了含水煤巖破壞的聲發(fā)射前兆特征（3）對比分析了承載含水煤巖紅外輻射和聲發(fā)射指標(biāo)在加載過程中的變化，并研究了含水煤巖破壞的前兆信息和聲-熱效應(yīng)。3.2 技術(shù)路線本文研究主要采用實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的方法，研究承載含水煤巖破壞紅外輻射和聲特征及前兆特征，具體技術(shù)路線如圖 1-1 所示。

圖 2-2 巖樣實(shí)物圖Figure 2-2 Physical map of rock specimens含水率巖樣制備方法如下[75]：干燥巖樣：將試樣在烘烤箱中烘烤 24h，稱其干燥時的重量，然封裝，實(shí)驗(yàn)開始前取出。自然巖樣：將加工好后的巖樣放置于實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境中，實(shí)驗(yàn)開始1.5%含水率巖樣：把試樣放在烘烤箱中烘烤 24 小時，稱其干燥時把巖石放在水中浸泡。巖樣放入水槽先注水至試件高度的 1/4 處，別注水至巖樣高的 1/2 和 3/4 處后，6h 全部浸沒巖樣。每隔 0.5 小量，計(jì)算其含水率，當(dāng)含水率達(dá)到 1.5%時取出并用干毛巾擦干，將巖石試件包裹，實(shí)驗(yàn)開始前取出使用。飽和巖樣：把巖石試件放在烘烤箱中烘烤 24 小時，稱量其干燥時國際巖石力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，將干燥巖石試件在水中浸泡一個月即可制成飽浸泡一個月后取出巖石試件，用毛巾擦干并稱量其重量，然后用塑
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TD315

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2599882