發(fā)布時間：2018-02-25 04:26

  本文關(guān)鍵詞： 煤巖體 電性特征 時間域 頻率域 采動破壞 礦井水害　出處：《中國礦業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：煤礦礦山采動造成巖體破裂,破碎巖體的滲透率要遠(yuǎn)比巖體孔隙滲透率高,是煤礦瓦斯、水害事故的災(zāi)害源。因此,研究煤巖體時間域和頻率域電性時頻特征,分析礦井采動破壞引起的電性變化響應(yīng)規(guī)律,對由采動破壞引起的礦井水害的預(yù)警防治具有重要的應(yīng)用基礎(chǔ)研究意義。本課題立足于地球物理學(xué),以煤巖體電性差異為基礎(chǔ),基于時間域和頻率域電法勘探原理,通過高精度煤巖體電性參數(shù)實時采集系統(tǒng)的研制、煤巖體時頻域電性實驗及核磁共振、液氮吸附及壓汞實驗等,研究了煤巖體時間域和頻率域電性特征,獲取了時間域和頻率域煤巖體電性參數(shù)(電阻率、自然電位、復(fù)電阻率、相位等)響應(yīng)規(guī)律,并將其應(yīng)用于現(xiàn)場工程試驗。主要研究成果如下:(1)根據(jù)室內(nèi)實驗高精度及現(xiàn)場工程實驗的要求,基于網(wǎng)絡(luò)并行電法系統(tǒng),完成了高精度實時煤巖體電性參數(shù)采集系統(tǒng)的研制和采集軟件編寫,該系統(tǒng)實現(xiàn)了在實驗室小尺度、高精度采集條件下,實時獲取多通道煤巖體自然電位、電阻率等四維動態(tài)變化參數(shù)。(2)通過煤巖體單軸加載實驗,得到不同巖性巖樣(煙煤、無煙煤、砂巖和灰?guī)r)的自然電位參數(shù)隨單軸加載壓力變化的規(guī)律。隨著單軸加載壓力的變化,不同巖性巖樣(煙煤、無煙煤、砂巖和灰?guī)r)的自然電位參數(shù)均出現(xiàn)與壓力一致的變化規(guī)律。在加載初期(做功硬化階段和線彈性階段),隨著單軸壓力保持逐漸增加趨勢,自然電位呈現(xiàn)為線性增加或線性減小規(guī)律,與加載全程自然電位變化相比,該階段加載巖樣的自然電位保持相對穩(wěn)定;隨著加載壓力的逐漸增加(進(jìn)入軟化階段),在單軸加載壓力第一個壓力峰值點,自然電位在其相應(yīng)的時間點出現(xiàn)變化拐點,表現(xiàn)為突然上升或下降,當(dāng)巖石受到最大載荷時,自然電位的波動幅值達(dá)到最大;隨著加載的持續(xù),無煙煤在最大載荷點后,加載壓力迅速下降,自然電位表現(xiàn)為急速下降或上升,而煙煤、砂巖和灰?guī)r在最大載荷點后又出現(xiàn)若干個相對低壓力峰值點后,自然電位才出現(xiàn)急速下降或上升;在加載后期,巖樣的宏觀破裂已經(jīng)完成,此時所有巖樣的自然電位趨于平穩(wěn)。自然電位在最后變化拐點前后的變化幅值范圍為10mv~100mv。(3)通過煤巖體頻率域電性實驗,首次系統(tǒng)得到了在高、低電導(dǎo)率(模擬礦井水)溶液高壓飽和后不同巖性(煙煤、無煙煤、砂巖及灰?guī)r)煤巖體的頻譜激電特征和響應(yīng)規(guī)律;高電導(dǎo)率溶液飽和后的煤巖體的頻譜激電特征強(qiáng)于低電導(dǎo)率溶液飽和后的煤巖體頻譜激電特征。(4)結(jié)合核磁共振、液氮吸附及壓汞實驗參數(shù)(橫向弛豫時間、比表面積、孔隙度等),探索研究了煤巖體頻譜激電參數(shù)和滲透率的相關(guān)性。由壓汞實驗得到的煙煤和無煙煤的滲透率與其Debye分解反演得到的弛豫時間相關(guān)性較弱,但前者優(yōu)于后者;同時,與無煙煤相比,核磁共振參數(shù)-地層因子模型和核磁共振-頻譜激電-地層因子模型更適用于煙煤進(jìn)行巖樣滲透率的預(yù)測。(5)基于阿爾奇基本公式,聯(lián)合煤巖體時間域電性參數(shù)和頻率域電性參數(shù),擬合得到不同巖性煤巖體(煙煤、無煙煤、砂巖、灰?guī)r)巖樣的阿爾奇公式表達(dá)式。(6)詳細(xì)分析不同巖性煤巖體在時間域和頻率域采集到的多電性參量(直流電阻率、虛部電阻率、總充電率、弛豫時間等)響應(yīng)特征,煤巖體巖樣的時間域直流電阻率參量與其頻譜激電參量(虛部電導(dǎo)率參量、總充電率參量和中值弛豫時間參量)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;推導(dǎo)出煤巖體時頻電性特征綜合響應(yīng)因子計算公式。(7)基于網(wǎng)絡(luò)并行電法動態(tài)監(jiān)測技術(shù),通過開展煤礦底板采動破壞動態(tài)監(jiān)測實例,獲取了礦井底板區(qū)域煤巖體電性參數(shù)響應(yīng)特征及規(guī)律,驗證了室內(nèi)實驗結(jié)論,證明煤巖體電性時頻參數(shù)對礦山采動破壞具有表征能力。
[Abstract]:In this paper , the electrical characteristics of time domain and frequency domain of coal rock mass are studied , and the electrical parameters ( resistivity , natural potential , complex resistivity , phase , etc . ) of coal rock mass are studied . ( 2 ) The natural potential parameters of different rock samples ( bituminous coal , anthracite , sandstone and limestone ) have changed with the pressure of single axis . ( 4 ) In this paper , the correlation between spectral excitation parameters and permeability of coal rock mass is studied by combining nuclear magnetic resonance , liquid nitrogen adsorption and mercury pressure test parameters ( transverse relaxation time , specific surface area , porosity , etc . ) .

【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TD313
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本文編號：1533021