为发展和完善煤岩动力破坏感应电荷监测技术及理论,以单轴压缩试验为基础,再认识了煤体破坏过程感应电荷变化规律与主控因素,提出了带电煤屑弹射过程的感应电荷产生机理;分析了感应电荷及其干扰信号的频域特征与影响要素,研究了感应电荷与煤体应力、应变能与变形破坏之间的定性关系,建立了受载煤体与感应电荷信号的损伤统计关系,分析了感应电荷与煤体能量的演化特征,进而提出了煤体应力与感应电荷的量化关系;研发了适用于井下复杂条件下煤岩电荷监测装备,在辽宁红阳三矿与河南平顶山十一矿开展了应用实践,分析了感应电荷与煤岩动力破坏、超前支承压力及巷道变形的相关性.结果表明:高幅值感应电荷信号产生的主因不是煤体的压电效应,而是煤体裂纹扩展、破裂面滑移摩擦与带电煤屑弹射的综合作用,特别是带电煤屑弹射到传感器时,感应电荷信号幅值将会突增;感应电荷信号以低频为主,干扰信号主频与外部供电网络谐波频率一致,但不同煤体的感应电荷信号主频分布范围存在差异;感应电荷强度与应力大小关系非直接相关,与应力非线性变化程度直接相关,特别是与应力降幅度呈正相关关系;感应电荷强度可直接反映煤体破坏程度,也可通过分析外载环境以及感应电荷信号和煤体损伤的统计关系,间接估算煤体应力;感应电荷强度与煤体弹性应变能存储量关系不显著,而与应变能耗散和释放量显著相关,即煤体破坏过程中耗散与释放能量越多,感应电荷强度越高.回采工作面支承压力影响区、高能微震频发区与巷道变形破坏严重区的感应电荷强度较高,说明感应电荷与煤岩动力破坏、超前支承压力及围岩变形具有良好相关性,可适用于井下动力灾害、采场来压与围岩稳定的监测预警.

感应电荷;动力破坏;应变能;应力非线性变化;监测预警

吕进国;彭意胜;唐治;赵洪瑞;王学滨;王子琪;包鑫阳;符辉

辽宁工程技术大学力学与工程学院,辽宁阜新 123000;辽宁工程技术大学矿山安全技术装备研究院,辽宁阜新 123000;辽宁工程技术大学矿业学院,辽宁阜新 123000;辽宁大学物理学院 辽宁沈阳 110036;辽宁工程技术大学计算力学研究所,辽宁阜新 123000;沈阳焦煤股份有限公司红阳三矿,辽宁辽阳111300;中国平煤沈马集团炼焦煤资源开发及综合利用国家重点实验室,河南平顶山467000;平煤股份煤炭开采利用研究院,河南平顶山 467000

煤炭学报

[1]吕进国;彭意胜;唐治;赵洪瑞;王学滨;王子琪;包鑫阳;符辉-.煤体破坏过程感应电荷再认识与井下应用实践)[J].煤炭学报,2022(04):1547-1558

煤屑,煤体裂纹扩展,应力非线性变化

破坏过程,感应电荷,再认识,井下应用,煤岩,动力破坏,单轴压缩试验,主控因素,带电,弹射,产生机理,干扰信号,频域特征,影响要素,煤体应力,受载煤体,演化特征,量化关系,井下复杂,复杂条件,监测装备,宁红,红阳,南平,平顶山,超前支承压力,信号产生,主因,压电效应,破裂面,滑移摩擦,射到,突增,主频,供电网络,谐波频率,分布范围,大小关系,非直接,应力降,破坏程度,外载,煤体损伤,弹性应变能,存储量,耗散,释放量,释放能量,回采工作面,影响区,微震,巷道变形破坏,围岩变形,动力灾害,采场,围岩稳定,监测预警

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