煤体受热损伤过程的声电效应研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangxiding138
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我国煤矿火灾比较严重,威胁着矿工的生命安全和矿井的高效生产,也浪费大量的煤炭资源,因此监测预防矿井火灾非常重要。目前声发射在监测预警煤岩动力灾害方面已经得到广泛的应用,同时煤岩电位监测方法研究取得了较大进展。煤岩加热过程中同样会产生声电信号,因此研究煤岩升温过程中声发射和电位变化规律,对隐蔽火灾探测具有重要的意义。本文实验测试小尺寸煤样在加热破裂过程中的声发射、电位信号,研究煤样升温过程中的声电信号特征规律,分析挥发分对小尺寸煤样声电信号的影响;建立堆煤加热声电测试分析系统,研究加热过程堆煤表面温度场变化规律,分析单个测点加热过程中的声发射、电位信号特征规律,研究堆煤表面距热源相同及不同距离测点的声发射、电位信号的变化特征。结合煤体热破裂特征,分析煤体受热损伤过程的声发射、电位机理。主要研究成果有:(1)煤体加热过程中,小尺寸煤样的声发射信号呈现先上升又缓慢下降,最后趋于稳定的变化特征,电位信号呈现微弱-逐渐增强-下降的变化特征;与挥发分含量小的煤样相比,挥发分含量大的煤样在加热初期电位信号有较大变化,声发射信号上升趋势也更为明显且实验过程中声发射、电位信号的变化幅度较大。(2)堆煤试样在加热初期,表面温度分布均匀,随后出现分散的高温区域,随着加热的不断进行高温区域逐渐集中在堆煤的中部。(3)堆煤试样在加热过程中也会产生声发射和电位信号,各测点的声发射、电位信号与其温度的变化有较好的对应关系,堆煤表面温度低于80摄氏度时,声发射和电位信号稀少甚至没有;在80~120摄氏度时,声发射和电位信号开始活跃;当温度大于120摄氏度以后,声发射和电位信号不断增强,直到达到声发射和电位信号的最大值。(4)堆煤试样中距热源距离相同的测点其声电信号变化趋势大致相同,随着温度的升高,声电信号不断增强;距热源较近的测点与较远的测点相比,温升速度大且测点的温度较高,使其早期就有明显的声电信号,且整个加热过程的声电信号变化幅度较大;同一测点的声发射和电位信号变化趋势有较好的一致性,随着声发射信号的上升,相应的电位信号也呈现增大的趋势。(5)温度使煤体内部水分挥发分析出,导致局部膨胀形成热应力,迫使煤体内部破裂,颗粒之间发生摩擦或错位,从而产生声发射和电位信号;此外,电子动能克服逃逸功,煤体中大量电子逸出,对电位信号的产生也有一定的作用。
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