煤岩摩擦声电效应实验研究.pdfVIP

第三篇 煤矿煤与瓦斯突出防治技术 煤岩摩擦声电效应的实验研究* 邓洪波1’2～，王恩元1’2～，杨明h2“，李艳娜1’2’3 (1．中国矿业大学能源与安全工程学院江苏徐州 221008； 2．煤矿瓦斯治理国家工程研究中心 江苏徐州 221008； 3．煤炭资源与安全开采国家重点实验室 江苏徐州 221008) 摘要：通过实验研究了煤岩在摩擦条件下产生电磁辐射及声发射的特性及其规律。研 究结果表明：煤岩摩擦能产生明显的电磁辐射和声发射；电磁辐射脉冲数和能量值均受加载 速度和摩擦面的切应力影响；声发射也有相似的特性。根据实验结果信号的特征，分析了煤 岩摩擦产生电磁辐射的机理。 关键词：电磁辐射；声发射；煤岩；摩擦 1 引言 煤岩动力灾害现象是指在地下资源开采过程中发生的重大动力灾害事故，主要表现为 煤与瓦斯突出、岩爆、冲击矿压、矿震等，且该问题随着采掘深度的不断延伸和开采规模的不 断扩大日益严重，造成了大量的人员伤亡和财产损失，严重威胁着矿井安全生产。电磁辐射 (EMR)技术应用于矿山煤岩动力灾害预测是矿山动力灾害预测理论上的一次飞跃，其实现 了非接触式动力预测。随着电磁辐射动力灾害的方法及技术的日臻完善和发展，必将显示 出巨大的科学价值和应用前景。大量的井下工程实践证明，井下巷道、采煤工作面煤岩体的 变形、破坏，主要是煤岩结构体的结构面因外力和自重的作用而发生拉、剪滑动所致。煤岩 体的主要破坏方式就是结构块沿结构面的剪切滑移[1]。因此，深入开展煤岩摩擦的电磁辐 射研究对于完善煤岩电磁辐射理论和预测方法具有重要的意义。 对单轴压缩、拉伸、冲击、蠕变、应力松弛、快速卸载等条件下煤岩流变破坏的电磁辐射 效应前人已做了许多深入而细致的研究[2~53；但对于煤岩摩擦的电磁辐射效应研究国内外 报道较少。为了进一步了解煤岩产生电磁辐射的特性和规律，使电磁辐射技术更好地应用 于各种煤岩动力灾害的预测，本文对煤岩的摩擦过程中的电磁辐射特性进行了实验研究，探 讨了煤岩摩擦过程中电磁辐射的规律、影响因素以及产生的机理。 2实验系统和实验方法 本实验采用双剪摩擦法来研究煤岩体的摩擦过程。图1为实验系统布置图，该系统主 要由电磁屏蔽系统、加载系统、接收天线、电磁辐射(EMR)和声发射(AE)信号数据采集系 统组成。电磁辐射由AE—R声电动态监测系统记录，载荷由wAwP型电液比例万能实验 mm×50mm×100 mm×50 机自动记录。图中所示试样由中间一块50 mm和两侧两块50 mm×50 mm的立方体试样组成。两侧试样下分别垫上两块50mm高的垫块。试样之间 · · 377 2007中国(淮南)煤矿瓦斯治理技术国际会议论文集 的两个摩擦面的面积均为S一50mm×50mm。试验所用电磁辐射接收天线以宽频为主，另 有部分点频天线。为了易于分析和对比，本试验同时也安装了一个声发射(AE)传感器，对 声发射信号进行了测试。声发射传感器谐振频率为50kHz。实验时，把点频天线布置在试 样的四周，距试样2～3cm左右。宽频天线则贴于试样的侧面。试样上下面用绝缘纸将压 头和模具隔离。 图1 摩擦实验装置布置图 1——wAwP型电液比例万能试验机；2——绝缘垫块；3——电磁辐射接收天线； 4——试样；5——声发射传感器；6——屏蔽室 8 本实验试样分别取自同煤集团忻州窑矿东三盘区118506工作面和同家梁煤矿。煤 岩试样均由井下采取的大块煤岩体加工而成。所有试样均处于自然干燥状态。 3 实验结果及规律分析 本实验对不同煤矿的煤岩试样分别进行了匀速和变速加载