水力耦合作用下煤岩体破裂渗突水红外辐射监测预警

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:nieyuhan
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近年来,煤矿突水事故频繁发生,无论从国民经济角度还是人民生命安全的角度来看,煤矿安全生产都遭受了重大威胁。基于此,本文设计了不同水压状态下砂岩渗水红外观测实验、水力耦合作用下煤岩体破裂渗突水红外观测实验两项实验,研究煤岩体在实验过程中的红外辐射响应特征,并将针对煤岩体渗突水的红外监测预警方法应用于工程实践。其中主要得到了以下结论:(1)在不同水压持续作用下煤岩体渗水红外观测实验中,实验试样的平均红外辐射温度经去噪后均下降了0.4℃以上。故水体在煤岩体渗水过程中对其温度的下降有较明显的控制作用。与此同时,渗水量的迅速增多及渗水面的快速扩大总是伴随着平均红外温度差的加速下降和实验试样红外辐射温度方差(VOIIT)的跃升。在0.15MPa、0.30MPa、0.45MPa三个水压梯度中相应的温度方差值均超过了0.04。(2)在水力耦合作用下煤岩体破裂渗突水红外观测实验中,试样单轴加载的过程可划分为压密阶段、线弹性阶段、裂隙发育阶段和峰后破坏阶段。对于在裂隙发育后水体才渗出的试样,其表面红外平均温度主要呈上升-下降趋势变化。其中压密阶段、线弹性阶段均表现为上升,裂隙发育阶段表现为平稳或者下降,峰后破坏阶段则有明显下降趋势。同时其压密及线弹性阶段的红外平均温度与载荷曲线有较强的乘幂函数关系,拟合函数的相关系数可达0.8900以上。(3)在水力耦合作用下煤岩体破裂渗突水红外观测实验中,对于线弹性阶段就已出现渗水的试样,其红外温度方差(VOIIT)和差分红外辐射方差(VSMIT)均在水体渗出时刻出现了脉冲式跳跃。之后VOIIT值在裂隙发育阶段和峰后破坏阶段均分别出现了阶梯性的跃升,而VSMIT值在破裂突水前出现了明显的上下波动。同时基于拉伊达准则提出了针对煤岩体渗(突)水的差分红外辐射方差突变阈值,该阈值为0.00559。(4)对山西凌志达煤矿15103工作面煤柱及顶板裂隙发育及微渗流的动态演变过程进行了红外无损监测,发现当煤柱或顶板出现导水裂隙时,其红外热像图存在温度分异,具体表现为周边高温区域包围渗漏水低温区域。同时根据15103工作面开挖过程中的逐差红外辐射方差的动态响应特征,基于拉伊达准则确定了15103工作面渗(突)水的红外辐射阈值为0.005532,实现了15#煤层渗(突)水的红外辐射监测和预警。本论文有图56幅,表9个,参考文献90篇。
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