留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

不同岩性煤岩电位信号变化规律及机制研究

王仲强 李忠辉 张昕 臧泽升 张全聪 王学兵

王仲强, 李忠辉, 张昕, 等. 不同岩性煤岩电位信号变化规律及机制研究[J]. 工矿自动化, 2022, 48(2): 131-137. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021100018
引用本文: 王仲强, 李忠辉, 张昕, 等. 不同岩性煤岩电位信号变化规律及机制研究[J]. 工矿自动化, 2022, 48(2): 131-137. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021100018
WANG Zhongqiang, LI Zhonghui, ZHANG Xin, et al. Study on variation law and mechanism of coal potential signal with different lithology[J]. Industry and Mine Automation, 2022, 48(2): 131-137. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021100018
Citation: WANG Zhongqiang, LI Zhonghui, ZHANG Xin, et al. Study on variation law and mechanism of coal potential signal with different lithology[J]. Industry and Mine Automation, 2022, 48(2): 131-137. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021100018

不同岩性煤岩电位信号变化规律及机制研究

doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021100018
基金项目: 

国家自然科学基金面上项目(52074280);山东省重大科技创新工程项目(2019JZZY020505);江苏高校优势学科建设工程资助项目(PAPD)。

详细信息
    作者简介:

    王仲强(1997-),男,山东烟台人,硕士研究生,研究方向为煤岩动力灾害监测预警技术,E-mail:wangzhongqiang178@163.com。

    通讯作者:

    李忠辉(1978-),男,河北高邑人,教授,博士研究生导师,研究方向为矿山安全、煤岩动力灾害监测监控,E-mail:leezhonghui@163.com。

  • 中图分类号: TD326

Study on variation law and mechanism of coal potential signal with different lithology

  • 摘要: 煤岩变形破坏过程中产生的电位信号能够较好表征煤岩损伤演化过程,在煤岩动力灾害监测预警领域具有良好应用前景。目前大多研究主要针对同一类型煤岩失稳破坏的电位特征及规律,对不同类型煤岩失稳破坏的电位特征对比分析缺乏系统研究,同时在微观层次上不同岩性煤岩结构破坏过程及组分对表面电位信号的产生机制影响对比研究较少。为深入研究不同岩性煤岩电位信号响应规律及差异性,选用石墨、原煤、砂岩、花岗岩4种试样进行单轴加载并同步采集其损伤破坏过程中产生的电位信号,分析了4种试样受载破坏的电位信号变化特征。结果表明:石墨试样整体电位信号值相对较低,在裂纹损伤和不稳定裂纹扩展阶段电位信号有较大波动;原煤试样电位信号波动与载荷波动一致,整体电位信号变化相对稳定;砂岩试样电位信号值在压密阶段和弹性变形阶段增大速率较快;花岗岩试样电位信号在裂纹损伤和不稳定裂纹扩展阶段波动较大,电位信号值增大速度加快。通过扫描电子显微镜和X射线荧光光谱仪,从微观结构及组分方面解释了不同岩性煤岩试样电位信号的产生机制。结果表明:在煤岩加载的压密阶段和弹性变形阶段阶段,石墨试样和原煤试样从微观上看有较多的糜棱状划痕,表明摩擦效应是石墨试样和原煤试样的重要带电原因,砂岩试样和花岗岩试样含有较多的O、Si元素,压电效应是砂岩试样和花岗岩试样的关键带电原因,而砂岩试样的电位信号受压电效应的影响更大;在煤岩加载的裂纹萌生和裂纹稳定增长阶段、裂纹损伤和不稳定裂纹扩展阶段、卸载阶段,各煤岩试样电位信号产生原因以试样内部的裂纹扩展和摩擦效应为主,其中裂纹扩展是煤岩电位信号产生的重要原因,裂纹尖端的电荷分离主要包括裂纹尖端应力集中引起的电子逃逸、裂纹扩展引起的裂纹面电荷分离和裂纹尖端放电3个方面。

     

  • [1] 王恩元,何学秋,刘贞堂,等.煤岩动力灾害电磁辐射监测仪及其应用[J].煤炭学报,2003,28(4):366-369.

    WANG Enyuan,HE Xueqiu,LIU Zhentang,et al.Electromagnetic radiation detector of coal or rock dynamic disasters and its application[J].Journal of China Coal Society,2003,28(4):366-369.
    [2] 何学秋,王恩元,聂百胜,等.煤岩流变电磁动力学[M].北京:科学出版社,2003.

    HE Xueqiu,WANG Enyuan,NIE Baisheng,et al.Electromagnetic dynamics of coal and rock rheology[M].Beijing:Science Press,2003.
    [3] 王恩元,李忠辉,何学秋,等.煤与瓦斯突出电磁辐射预警技术及应用[J].煤炭科学技术,2014,42(6):53-57.

    WANG Enyuan,LI Zhonghui,HE Xueqiu,et al.Application and pre-warning technology of coal and gas outburst by electromagnetic radiation[J].Coal Science and Technology,2014,42(6):53-57.
    [4] 李忠辉,王恩元,刘贞堂,等.煤岩破坏表面电位特征规律研究[J].中国矿业大学学报,2009,38(2):187-192.

    LI Zhonghui,WANG Enyuan,LIU Zhentang,et al.Study on characteristics and rules of surface potential during coal fracture[J].Journal of China University of Mining & Technology,2009,38(2):187-192.
    [5] 王恩元,刘晓斐,李忠辉,等.电磁辐射技术在煤岩动力灾害监测预警中的应用[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2012,31(5):642-645.

    WANG Enyuan,LIU Xiaofei,LI Zhonghui,et al.Application of electromagnetic radiation technology in monitoring and warning on coal and rock dynamic disasters[J].Journal of Liaoning Technical University(Natural Science),2012,31(5):642-645.
    [6] 王恩元,李忠辉,刘贞堂,等.受载煤体表面电位效应的实验研究[J].地球物理学报,2009,52(5):1318-1325.

    WANG Enyuan,LI Zhonghui,LIU Zhentang,et al.Experimental study on surface potential effect of coal under load[J].Chinese Journal of Geophysics,2009,52(5):1318-1325.
    [7] 刘永杰,李忠辉,宋大钊,等.煤体吸附瓦斯过程表面电位特征实验研究[J].煤炭学报,2013,38(11):1977-1981.

    LIU Yongjie,LI Zhonghui,SONG Dazhao,et al.Experimental research on surface potential induced by gas sorption process in coal[J].Journal of China Coal Society,2013,38(11):1977-1981.
    [8] 陈广阳,潘一山,罗浩,等.不同类型煤体失稳破坏电荷感应试验研究[J].安全与环境学报,2016,16(6):65-69.

    CHEN Guangyang,PAN Yishan,LUO Hao,et al.Experimental study over the different types of the destructive damage to the coal by the charge induction instability[J].Journal of Safety and Environment,2016,16(6):65-69.
    [9] 郑文红,潘一山,李忠华,等.三轴条件下煤体受压破裂电荷感应信号试验研究[J].工程地质学报,2015,23(5):924-929.

    ZHENG Wenhong,PAN Yishan,LI Zhonghua,et al.Experimental study of characteristics about coal charge induction signal under triaxial stress condition[J].Journal of Engineering Geology,2015,23(5):924-929.
    [10] 赵扬锋,程传杰,刘玉春,等.不同类型岩石加载破坏的微震和电荷感应信号特征研究[J].水资源与水工程学报,2019,30(5):199-203.

    ZHAO Yangfeng,CHENG Chuanjie,LIU Yuchun,et al.Study on microseismic and charge induction signal characteristics of different types of rock loading failure[J].Journal of Water Resources and Water Engineering,2019,30(5):199-203.
    [11] 潘一山,罗浩,唐治,等.煤岩体拉伸失稳破坏电荷感应规律研究[J].岩石力学与工程学报,2013,32(7):1297-1303.

    PAN Yishan,LUO Hao,TANG Zhi,et al.Study of charge induction law of coal and rock mass during tensile instability and failure[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2013,32(7):1297-1303.
    [12] HE Xueqiu,LIU Xianfeng,SONG Dazhao,et al.Effect of microstructure on electrical property of coal surface[J].Applied Surface Science,2019,483:713-720.
    [13] QIU Liming,SONG Dazhao,HE Xueqiu,et al.Multifractal of electromagnetic waveform and spectrum about coal rock samples subjected to uniaxial compression[J].Fractals,2020,28(4):2050061.
    [14] 宋晓艳,李忠辉,王恩元.岩石受载破坏裂纹扩展带电特性[J].煤炭学报,2016,41(8):1941-1945.

    SONG Xiaoyan,LI Zhonghui,WANG Enyuan.Charging characteristics of the crack propagation of rock under load[J].Journal of China Coal Society,2016,41(8):1941-1945.
    [15] 杨玉龙,李忠辉,王恩元,等.煤岩摩擦过程表面电位特征规律实验研究[J].煤炭学报,2013,38(2):215-220.

    YANG Yulong,LI Zhonghui,WANG Enyuan,et al.Experiment study on surface potential characteristics and rules during coal or rock friction process[J].Journal of China Coal Society,2013,38(2):215-220.
    [16] LYU Xiangfeng,PAN Yishan,XIAO Xiaochun,et al.Barrier formation of micro-crack interface and piezoelectric effect in coal and rock masses[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences,2013,64(12):1-5.
    [17] 刘静,刘盛东,曹煜.基于裂隙尖端放电机制的深部岩体损伤自电特征分析[J].地球物理学报,2018,61(1):323-330.

    LIU Jing,LIU Shengdong,CAO Yu.Self-potential characteristics in deep rock mass damage based on point discharge mechanism[J].Chinese Journal of Geophysics,2018,61(1):323-330.
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  197
  • HTML全文浏览量:  19
  • PDF下载量:  20
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-10-13
  • 修回日期:  2022-02-16
  • 网络出版日期:  2022-03-01

目录

    /

    返回文章
    返回