煤炭在未來很長一段時期內(nèi)仍將是我國的主體能源,同時也是我國能源安全的保障。隨著淺部資源不斷減少,煤炭開采深度及強度逐步增加,地應力、瓦斯壓力和瓦斯含量也不斷增高,煤與瓦斯突出等動力災害日趨嚴峻及復雜,監(jiān)測預警難度增大,嚴重威脅著煤礦安全高效生產(chǎn)。對煤與瓦斯突出前兆特征及精準監(jiān)測方法的研究是亟需解決的科學難題。前期研究表明,電位信號具有對煤巖體應力及破裂過程敏感性強、抗干擾能力好的優(yōu)勢。本文針對采掘現(xiàn)場煤與瓦斯突出監(jiān)測預警的應用需求,緊密圍繞含瓦斯煤損傷破壞電位響應時空演化規(guī)律的關鍵科學問題,采用實驗研究、理論分析、現(xiàn)場應用等方法,對含瓦斯煤受載破壞過程電位時空響應規(guī)律、電位響應機制、損傷演化電位本構(gòu)模型、掘進工作面電位分布演化規(guī)律及突出危險電位精細判識方法等進行研究。主要結(jié)果如下:建立了含瓦斯煤受載及電位測試實驗系統(tǒng),研究了應力與瓦斯耦合作用下煤體損傷破壞電位時序響應特征與空間分布規(guī)律。結(jié)果表明:（1）電位信號與試樣載荷及損傷狀態(tài)呈正相關;試樣局部劇烈損傷時,電位強度發(fā)生“階躍式”突變,并在試樣失穩(wěn)破壞時最為顯著。隨著瓦斯壓力的增加,電位強度峰值及變異性系數(shù)呈增大趨勢,電位響應增強。（... 

【文章來源】：中國礦業(yè)大學江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：189 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

含瓦斯煤受載及電位測試實驗系統(tǒng)

2含瓦斯煤受載破壞電位響應實驗測試與分析15（1）可視化密封缸體子系統(tǒng)實驗系統(tǒng)中的可視化密封缸體子系統(tǒng)如圖2-2所示。該缸體能夠承受最大瓦斯壓力為5MPa。缸體正面加工可視窗口，布置鋼化玻璃，攝像機可通過該窗口實時拍攝試樣裂紋擴展實物圖像；缸體上蓋可打開，便于放入試樣；加載軸貫穿缸體壁，可移動，壓機通過加載軸對缸體內(nèi)試樣施加載荷；缸體與壓機壓頭與底座間均放置絕緣墊，防止設備帶電對測試結(jié)果的干擾。缸體密封性能良好，在充入瓦斯氣體后能夠長時間保持瓦斯壓力的穩(wěn)定（8小時內(nèi)誤差不超過50kPa）。（a）缸體實物圖（b）缸體剖面示意圖1-壓機上壓頭；2-缸體上蓋；3-加載軸；4-試樣；7-缸體壁；9-波導桿；14-壓機底座；19-可視窗口；24-絕緣墊；25-耦合劑圖2-2可視化密封缸體子系統(tǒng)Figure2-2Visiblesealedcylindersubsystem（2）載荷加載子系統(tǒng)（a）伺服微機控制平臺（b）壓力機加載平臺圖2-3載荷加載子系統(tǒng)實物圖Figure2-3Physicalphotographofloadingsubsystem

博士學位論文16載荷加載子系統(tǒng)如圖2-3所示。該子系統(tǒng)由加載平臺、控制主機、控制平臺組成。壓力機為YAW4306型微機控制電液伺服壓力試驗機。該試驗機最大載荷為3000kN，能夠?qū)崿F(xiàn)力控、位移控等加載方式，實時記錄“載荷/應力/應變-時間”曲線。壓力機置于屏蔽室內(nèi)，伺服微機置于屏蔽室外，以減少加載設備的運行對試驗過程產(chǎn)生的電磁信號的干擾。（3）電位采集子系統(tǒng)如圖2-4所示，采用COBWEB-DAU型多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)監(jiān)測電位信號。儀器采樣頻率為16bit，基線噪聲不大于20dB，單通道采樣頻率最高為100kHz。采用直流耦合、多通道并行采集方式，輸入阻抗為1MΩ，采樣頻率為195Hz以上可調(diào)。采用銅制電極接收電位信號，電極與試樣表面通過導電膏耦合，以增強導電性。電位信號經(jīng)“模/數(shù)”轉(zhuǎn)換器處理后，由主機記錄、存儲并實時顯示。圖2-4電位監(jiān)測子系統(tǒng)實物圖Figure2-4PhysicalphotographofPhysicalphotographmeasruingsubsystem電極與煤體之間通過高靈敏度導電膏進行耦合，連接電極的導線穿過缸體與外界電位主機連接。在缸體壁開一圓形孔，穿過螺栓；螺栓內(nèi)部中空，可穿過細漆包線，漆包線作為導線傳遞電位信號；漆包線與螺栓中空內(nèi)壁之間、螺栓外壁與缸體圓孔內(nèi)壁之間均灌入雙組分膠粘劑，以充填孔隙，保障該缸體系統(tǒng)的密封性。該采集儀同時能夠采集微應變信號。采用型號為BX120-3AA型電阻式應變傳感器（應變片），測試試樣表面局部位置（3mm×3mm）的微應變量（如圖2-4所示）。與電極類似，微應變貼附與試樣表面，利用漆包線穿過缸體，與缸體外的應變采集儀相連。（4）聲發(fā)射采集子系統(tǒng)如圖2-5所示，采用美國物理聲學公司PCI-Express總線結(jié)構(gòu)多通道聲發(fā)射數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)進行實驗。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r采集聲發(fā)射信號，并同步分析信號的

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本文編號：3559559