含裂隙煤样受载破坏过程视电阻分布特征

为探究煤体破坏过程视电阻率变化规律,建立了煤岩视电阻率加载测试系统,测试了煤样在分级加载破坏过程的视电阻率变化规律,分析了视电阻率与应力之间的对应关系,揭示了煤体损伤破坏视电阻率响应机理。结果表明:煤体内部不同区域视电阻率分布不均匀,视电阻率阻值高低与煤体孔隙分布联系紧密;煤样加载过程中高阻值区域阻值变化与电阻仪测量结果一致,呈现先减后增变化趋势,低阻值区域视电阻率变化较小;煤体内部裂隙在载荷作用下的不规则扩展是煤体电阻率变化的主要原因;高阻值区域为裂隙较多区域,在应力作用下更容易发生裂隙扩展,视电阻率变化明显,最终发生拉伸破坏;低阻值区域为低阻值区域对应裂隙较少区域,在相同载荷作用下裂隙扩展较少,视电阻率变化不明显,最终发生剪切破坏。     

冲击倾向性煤样单轴加载红外探测研究

为探求冲击煤层煤样在单轴加载过程中的红外变化规律,利用红外热像仪对煤样进行单轴加载红外监测,取剪切破坏和劈裂破坏两种试样,对破坏过程进行红外热像实验分析。结果表明:冲击煤层煤样AIRT(红外辐射温度)和应力-应变曲线的对应关系分为五个阶段,即下降(压密阶段)-上升(弹性阶段)-下降(塑性阶段)-上升(屈服阶段)-下降(破坏阶段);煤样破坏前期都曾出现一次相对较大的AIRT下降现象,下降AIRT依据试样的强度不同而不同;煤样剪切破坏过程比劈裂破坏过程高温区域明显;AIRT变化可以对煤样内、外部能量积聚与耗散进行较准确的趋势预测。     

单轴压缩下原煤试件微震信号特征

为降低和减少矿震所导致的事故和灾害,利用100KN液压万能试验压力机对原煤进行单调加载、分级加载、循环加载三种加载方式的单轴压缩试验.结果表明:不同加载方式下原煤震动信号的变化特征各不相同;原煤在加载过程中有少量微震信号,当加载到原煤破坏时微震信号最为明显,可以根据微震信号的强弱来判断煤岩的受力状况;三种加载方式下,煤样在破坏失稳前震动信号均存在一段沉寂区.     

保德与韩城地区不同尺度煤样渗透率的应力敏感性试验

选取鄂尔多斯盆地东缘保德与韩城地区的煤样进行不同应力条件下的应力敏感性试验,探讨煤岩尺度对煤的应力敏感性的影响规律.结果表明:小尺度煤样的应力敏感性比大尺度煤样变化更为显著,渗透率变化也更大;经历有效应力的一次升降之后,煤样渗透率均有不同程度的损失,尺度较小的煤样渗透率恢复率要低于大尺度煤样;在有效应力变化率相同时,小...     

花岗岩Kaiser效应的实验验证与分析

应用八通道的声发射系统,实验研究了10个花岗岩试样(150 mm×150 mm×150 mm)在单轴压缩循环荷载作用下的Kaiser效应,同时研究了保载、旋转(90°)加载和延时加载对Kaiser效应的影响.应用单纯形算法对声发射事件进行定位,研究裂纹扩展过程.结果表明:在初次加载条件下,声发射事件连续急剧产生,反映岩样本身的损伤程度;在岩样线弹性循环加载阶段,花岗岩表现出明显的Kaiser现象,同时表明岩石具有一定的受载记忆能力;声发射事件定位结果明显显示出裂纹的初始、扩展过程,与实际观察到的岩样破坏结果是一致的.同时发现保载、旋转(90°)加载和延时加载对Kaiser效应没有影响.但是,一...     

含瓦斯煤体破坏过程中AE序列关联维数演化分析

利用分形理论对无瓦斯和含瓦斯煤体失稳破坏中的声发射序列关联维数演化特征进行了分析。结果表明,单轴载荷条件下煤体的声发射时间序列在各变形阶段具有明显的分形特征,各变形阶段的声发射过程具有不同的自相似性,其关联维数可描述煤样力学状态;三轴加载过程中,无瓦斯和含瓦斯煤样的声发射时间序列随应力水平的变化趋势和声发射关联维数变化趋势相似;弹性阶段后,煤样的声发射时间序列关联维数的突降,可以作为破坏的“前兆”,这一特征不随围压变化、瓦斯压力的存在与否而发生变化。     

基于声发射定位技术岩石破坏逾渗特征研究

通过单轴加载条件下岩石破坏声发射实验,分析了岩石在受载过程中破坏单元的演化规律,对岩石破坏过程中的逾渗特征进行了探讨.分析结果表明:声发射定位事件反映了岩石内部微裂纹产生、扩展的演化过程,基于声发射定位事件对岩石内部破坏单元进行划分,能够反映破坏单元从无序分布向有序集中的自组织演化过程.岩石失稳破坏前,破坏集团数目与破坏集团规模——数目的负幂指数均出现增长变缓的趋势,反映了破坏单元的大面积贯通过程,岩石由稳定的破裂阶段转变为非稳定的破裂阶段.在破坏单元达到一定概率时应变开始突发式增长.基于声发射定位事件对破坏单元进行划分,从物理实验的角度研究岩石逾渗问题,具有实际应用价值.     

基于图像检索技术的受载煤样裂隙演化规律

在煤岩试样破坏过程中进行CT扫描测试,可实现煤岩试样内部裂隙结构可视化表征,但是在加载过程中,因试样位移变形,会引起扫描层定位不准确,进而影响试验结果。为了解决这一问题,笔者利用图像相似性检索技术,检索出受载试样在不同应力水平下的最相似的CT图像,从而更加准确的描述受载煤样裂隙演化规律。研究结果表明：(1) 在三轴压缩破坏过程中,试样应力应变曲线分为5个明显的阶段,即初始压密阶段、线弹性变形阶段、塑性屈服阶段、峰值破坏阶段以及残余变形阶段。(2) 基于感知哈希算法的图像检索技术能够准确识别并定位不同应力阶段相似度最高的CT图像,且CT图像相似度随着轴向荷载不断增大而逐渐降低。(3) 在整个三轴加载过程中,CT图像的相似度绝对差均值表现出两个明显的变化阶段：缓慢增加阶段和快速增加阶段。(4) 分形维数可以定量描述裂隙演化,受载样品破坏过程中分形维数主要经历了缓慢减小,缓慢增大,快速增大三个阶段。     

小波去噪含水煤岩单轴压缩红外热像特征

研究红外热像的多步骤滤波去噪技术以及基于红外热像的含水煤岩单轴压缩损伤特征分析.对试验室尺度煤岩试样进行了浸水饱和、单轴加载试验与红外热成像探测.对在试验中得到的红外热像,首先利用中值滤波去除脉冲噪声;然后利用小波多分辨分析算法去除热像中的相干噪声.研究结果表明:红外图像温度分布的不同模式表征了不同的损伤阶段,即随机分布的小尺度高低温区代表压密阶段;大尺度集中高温区是破坏的早期信号;贯通性大尺度高温区是破坏的临界点;孤立大尺度低温区表示由微破裂汇合而成的塑性损伤,是损伤局部化的表征;贯通的大尺度低温区代表宏观破坏.浸水煤样有较大的原始损伤;在压密、弹性、微裂纹稳定扩展、非线性破坏等各个峰前阶段的损伤尺度与扩展速率大于不含水煤岩;在峰值后只有应变软化阶段,以突然失稳形式破坏.     

导电沥青混凝土的机敏特性

采用间接拉伸疲劳试验对圆柱体试件的机敏特性进行探讨;通过受拉时的疲劳特性与电性能的对应关系,由电学性能逆推疲劳寿命,实现健康状况自诊断.研究结果表明:导电沥青混凝土能够有效地对其自身在加载过程中产生的应变进行诊断,输出电阻随着应变的增加而可逆地增加,随着应变的减小而可逆地减小;导电沥青混凝土受压后,先后经历追密、稳定和破坏3个阶段,其输出电阻率也会发生相应变化,电阻率和内部结构之间存在一定响应关系;电阻率的变化与其内部的载流子浓度成反比,可据单位体积内载流子浓度的变化进行自诊断.     

高密度电法探测煤火的正演模拟研究

通过建立煤火的地电模型,采用有限差分法分别对温纳装置进行正演模拟,得到模型的视电阻率断面数据。在对数据加入5%噪声后反演得到视电阻率拟断面图。反演结果表明:火区燃烧中心、烧空区和松散冒落带在反演视电阻率拟断面图上均反映出了异常且与模型相吻合。验证了高密度电法探测煤火的有效性和准确性。因此,高密度电法以其高精度、大信息量的优势,在煤火探测领域必将取得很好的效果。     

含油污泥与煤共热解特性的研究

采用热重分析方法分别对含油污泥、煤及其混合试样在氩气气氛下的热解特性进行了实验研究.分析了含油污泥、煤及其混合燃料的热解机理,通过对实验数据进行处理计算,确定了其表观活化能、频率因子和质量平均活化能等反应动力学参数.实验结果表明:含油污泥与煤的热解过程分为4个阶段,各阶段的热解反应十分复杂;在混合试样的热解过程中,含油污泥与煤在200～700℃基本保持各自的热解特性,在700℃以上发生热解的协同作用,含油污泥-煤混合燃料热解温度范围增大;各试样热解反应表观活化能计算结果与上述结论吻合;混合试样的质量平均活化能比含油污泥和煤单一组分的都低,含油污泥与煤的混合热解在一定程度上形成了2种组分的互补和促进,获得了一种热解性能更好的燃料.     

同家梁矿采区煤柱回收煤岩层的冲击性测试研究

为了给同家梁煤矿煤柱回收冲击矿压发生机理及防治措施研究提供基础数据,以其11号煤层为研究对象,通过室内岩石力学实验,探讨了其煤样和顶底板岩样的容重、单轴抗压强度、单轴抗拉强度、弹性模量、泊松比、凝聚力和内摩擦角等指标,掌握了其煤岩层的物理力学性质。进而分析了同家梁煤矿11号煤及围岩的冲击倾向性,得出了以下结论:同家梁矿11号层煤在煤层冲击倾向性分类中属于3类,为具有强冲击倾向性的煤层;其顶、底板岩层在岩石冲击倾向性分类中也属于3类,为具有强冲击倾向性的岩层。     

单轴压缩下高含石量胶凝堆石料的力学特性

通过高含石量(70%,80%,90%)的不同尺寸的胶凝堆石料重塑样的单轴压缩试验,研究了含石量和尺寸效应对破坏形态和力学特性的影响.并结合数值模拟解释了试验现象.结果表明:随着含石量的升高,压应力区与拉应力区相互交错分布,最终破坏时,受张拉破坏和剪切破坏共同作用.破坏形式从张拉劈裂破坏的一条曲折延伸的裂纹,逐渐转变为多条裂纹的剪切-张拉复合破坏模式,并伴随着局部区域颗粒的崩落.尺寸效应对重塑样的破坏形态影响不明显,而对力学性质有显著的影响,大尺寸试样的力学性质较差.     

过钻具小直径阵列侧向测井响应及倾斜各向异性分析

针对过钻具测井,研究小直径阵列侧向测井技术。确定电极系尺寸结构,利用数值模拟方法研究小直径电极系的井眼、围岩、侵入响应特征,与常规大直径电极系的响应进行对比分析。研究小直径电极系在斜井、水平井中的响应特征,分析井眼倾角、地层电阻率各向异性的影响规律,制作交会图版。结果表明,针对小直径电极系,需重新制作井眼影响图版,围岩、侵入响应特征与常规大直径电极系基本相同。随着井眼倾角、各向异性系数增加,视电阻率增大,曲线分离以60°倾角为界,分别呈现出高侵、低侵特征。利用视电阻率比值和均值可以做出地层水平电阻率和各向异性系数的交会图版。为过钻具小直径阵列侧向测井技术的发展及其斜井、水平井解释评价提供依据。     

恩洪-老厂区块中高阶煤岩微观结构特征及物性分析

为了进一步认识恩洪-老厂区块中高阶煤岩的微观结构及物性特征,分煤阶开展了扫描电镜试验、基础物性测试、巴西劈裂试验及三轴压缩试验,分析了研究区煤岩的微观结构特征,物性分布特征,变形破坏特征及强度特征。结果表明:研究区块焦煤发育有气孔及植物细胞残留孔,微观裂隙以张性裂隙为主,无烟煤主要发育有张性裂隙,张裂纹较粗糙、延伸不稳定,裂隙中可见方解石充填;研究区块无烟煤密度高于焦煤,焦煤平均孔隙度大于无烟煤,焦煤渗透率高于无烟煤,焦煤纵波和横波时差高于无烟煤;抗张试验中,焦煤煤样破坏断面呈锯齿形,主裂缝外还存在多条裂缝,破坏程度更加剧烈,无烟煤煤样断面更为平直光滑;随着围压增大,煤岩压缩破坏由多位置、高角度的原生结构面扩展破坏转变为煤岩基质的剪切破坏,峰值应变逐渐增大,抗压强度逐渐增大。     

不同围压下煤岩声发射特征试验

利用MTS815岩石力学试验系统对煤岩试样进行常规单轴和三轴围压下的声发射(AE)试验.对声发射信号特征进行综合分析,结果表明:常规单轴压缩和围压作用下试样的AE参数变化均具有明显的趋势性;围压的作用下,弹性阶段的声发射信号显著减少,破坏前无明显AE相对平静期现象,随时间分布的AE振幅及其包络线可以间接反映应力的变化趋势.随着振幅的增加,声发射事件数呈递减的趋势,反映累积幅度分布的m值随着围压的增加而增大.AE频率均分布在3个频域范围内,试样破坏时AE主频成分所占比例显著增加.     

软硬互层状岩体的室内单轴压缩试验及数值模拟

以锦屏软硬互层状岩体为研究对象,基于室内试验分析单轴应力状态下岩样的3种破坏模式并结合数值模拟方法,分别探讨层面倾角、软弱夹层数量、分布及所占体积比等因素对互层状岩体变形特性、强度特征及破坏机制的影响。研究结果表明:锦屏互层状岩体的破坏总体遵循单轴压缩破坏的多裂纹劈裂模式,且在缓层面倾角范围内岩体的破坏以岩质材料自身属性为控制,而在较大倾角水平上则以层理弱面的影响为主导因素;软弱夹层数量对于层状岩体的U形强度规律影响不显著,但随着软弱夹层数量的增加,破坏荷载极小值有向层面倾角较小方向前移的趋势;随着软弱夹层所占体积比的增加,破坏荷载总体呈现下降趋势;当软弱夹层所占体积比接近时,软弱夹层数量的增加对岩样破坏荷载下降的影响与岩层倾角大小具有正相关关系,且当岩层水平时,对强度基本不发生影响。     

高温高压煤复电阻率各向异性实验研究

电阻率各向异性是影响煤储层电法勘探的重要因素,针对煤样复电阻率各向异性的参数评价,对焦作地区煤矿储层沿平行和垂直层理方向分别钻取了煤样,并在高温高压条件下测量得到了相应的复电阻率频谱。为了定量分析温度、压力对煤样复电阻率各向异性的影响,建立了煤样不同方向频散参数(界面极化频率、模值频散度、弛豫时间)与温度压力的对应关系,电阻率各向异性系数与温度、压力的对应关系。结果表明：平行层理方向频散参数均与温度、压力呈现良好的线性关系,垂直层理方向频散参数的线性关系不如平行层理方向好;任意方向煤样频散与温度、压力的响应关系都可以用弛豫时间来定量评价;随温度升高各向异性系数增大,随压力增大各向异性系数变化不明显。研究结果可为更精确地定量评价温度、压力对煤储层电各向异性的影响提供实验基础和理论参考。     

冲击煤体扩容特性的实验研究

对硬煤、软煤和中硬煤的试样进行了强度、破坏过程和破坏类型的试验,分析了冲击煤体的破坏特征,重点研究煤体由加栽到破坏全过程的扩容演化规律。研究结果表明,不同强度的冲击煤体均出现扩容现象,冲击煤体的扩容呈现为稳定与非稳定变化的特征,冲击煤体的扩容具有突变特征。