钟晓晖[1]2002年在《煤体破裂过程辐射温度场的研究》文中研究指明利用TVS-2000MKⅡ型红外热像仪对煤体破裂过程的辐射温度场进行了测定,并得出叁种不同煤样的红外热像特征。结合实验结果,对煤体破裂过程进行了热力学和能量耗散规律的分析。研究并论证了利用煤体破裂过程中的红外热像特征进行煤与瓦斯突出预测预报的方法。通过对煤体的单轴压缩实验,得出煤体的应力应变曲线是其力学特征的一个主要反映。煤体在加载过程中的应力应变曲线具有阶段性。通过对煤体破裂过程的辐射温度场实验,得出煤体温度的升高值与其强度有关,但其表现出来的红外热像特征却受到加载速率、煤体的强度和粒度、破裂的性质等因素的影响。原岩煤样的红外热像特征是:加载过程中峰值应力前煤体表面的辐射温度呈整体均匀上升趋势,与加载以前相比,温度总体升高约0.2～0.4℃;在屈服点过后,煤体出现面积较大的辐射高温区,而这一区域预示着试件将来的破裂位置。粒度小于0.5 mm的成型煤样的红外热像特征是:加载过程中峰值应力前煤体表面的辐射温度变化不太明显,与加载以前相比,温度总体升高约0.1℃左右。粒度小于1.0 mm的成型煤样的红外热像特征:煤体进入塑性变形阶段后,温度场分异出相间的高温条带和低温条带,并出现面积较小的裂尖区温度场。煤体破裂过程不是单纯的力学过程,而是一个热力耦合过程。力学性质与现场易突的Ⅲ、Ⅳ类煤近似的粒度小于1.0 mm的成型煤样具有明显的红外热像特征,因此,利用煤体破裂的红外热像特征进行煤与瓦斯突出非接触预测是可行的。
钟晓晖, 朱令起, 郭立稳, 勾昱君[2]2006年在《煤体破裂过程辐射温度场的研究》文中研究指明利用TVS-2000MKⅡ型红外热像仪对煤体破裂过程的辐射温度场进行了测定,得出了不同类型煤样的红外热像特征,并分析了煤样红外热像特征的影响因素,论证了利用煤体破裂过程中的红外热像特征进行煤与瓦斯突出预测预报的方法。
杨桢, 齐庆杰, 叶丹丹, 李鑫, 罗浩[3]2016年在《复合煤岩受载破裂内部红外辐射温度变化规律》文中指出对由顶板岩、煤层、底板岩组成的复合煤岩体受载破裂内部的红外辐射温度的变化规律进行研究。分别在试样砂岩、煤样的中部不同方向钻孔,利用红外测温仪测量试样内部温度来研究其受载变形直至孔破裂过程中的红外辐射温度的演化特征。结果表明:复合煤岩在加载试验过程中均存在热弹效应和摩擦热效应。煤体裂隙面之间错动和摩擦产生的热量明显大于热弹效应产生的热量,导致内部温度上升0.17℃;而顶、底板砂岩的热弹效应起主导作用,温度升高分别为0.04,0.05℃。煤、顶底板砂岩的内部红外辐射温度和应变、应力和温度线性拟合后均呈较强线性正相关关系。
王云刚[4]2008年在《受载煤体变形破裂微波辐射规律及其机理的基础研究》文中研究说明本文采用实验室实验、理论分析相结合的方法,研究了受载煤体变形破坏过程中微波辐射规律和热辐射机理等内容,并对这一技术应用于煤岩动力灾害的预测预报进行了基础理论分析。首先,建立了测试煤体在自然状态下、加热后降温过程中、单轴压缩和劈裂拉伸实验过程中的微波辐射特性和规律的实验系统,并制定了相应的实验方案。测试了煤体在自然状态下、加热后降温过程中、单轴压缩和劈裂拉伸破坏过程中的微波辐射效应和规律;测试了加载速率对受载煤体破坏过程中微波辐射特征的影响;对实验中的现象进行了科学合理的解释。接着,通过对煤体试样微波辐射实验数据的分析,研究了煤体在降温过程中和变形破裂过程微波辐射变化规律及加载条件(加载方式、加载速率)、煤岩组构、峰值载荷等影响因素对微波辐射变化规律的影响;通过分析煤岩应力-应变曲线的各个阶段,得到了在应力-应变曲线的每个阶段亮温曲线的变化反映情况,把受载煤体的微波辐射亮温曲线相应的划分了灵敏区和迟钝区,灵敏区与迟钝区的划分为预测预报煤岩动力灾害提供了理论基础。然后,讨论了电磁辐射的微观产生机理以及电磁辐射与热辐射的关系;基于断裂物理基础采用扫描电镜(SEM)分析煤体中Griffith缺陷的特征;应用宏观断裂力学和地震集结理论,分析了岩石的宏观破裂就是微破裂集结与扩展现象的结果;以能量理论为基础推导出在准静态情况下裂纹断裂准则;以微观断裂力学为基础,引用断裂粒子辐射的解理和位错原子模型,根据非线性热力学理论推导出断裂粒子产生热辐射的机理。分析了受载煤体断裂热辐射的热力耦合效应。基于统计损伤理论和热力耦合理论,推导出煤岩强度的统计损伤本构方程和更具有广泛意义的损伤统计-微波辐射耦合模型。最后,根据电磁场与电磁波理论分析微波在有耗媒质中的传播机理。然后根据麦克斯韦方程组分析微波在有耗媒质中的衰减方程;使用Eview软件对微波的衰减方程进行了离散多元非线性回归。利用电偶极子模型分析微波的辐射功率与频率的关系。总结前人的经验工作,讨论了煤岩体电性参数的影响因素。接着,讨论了电磁波在不同介质交界面的传播特性;分析微波与气体分子的相互作用。综上所述,受载煤岩体变形破裂过程中能产生微波辐射效应并具有可预测性的破坏前兆规律。这说明微波遥感预测技术是一种很有前途的,值得深入研究的煤岩动力灾害预警技术。
牛钦环[5]2017年在《含水煤样剪切破坏损伤规律试验研究》文中研究说明西部矿区逐渐成为我国煤炭资源开发的重点,但水资源的匮乏却成为制约当地煤炭资源开发的瓶颈。因此,煤水共采已刻不容缓,而目前煤水共采方法主要包括保水开采和地下水库技术,尤其是地下水库技术已在神东矿区大规模推广应用。地下水库的稳定性与人工坝体和煤柱坝体的稳定性密切相关,其中煤柱坝体的失稳破坏不仅与其所受的荷载相关,亦受到水的侵蚀作用的影响。因此,研究不同含水率下煤样的剪切破坏特征,对揭示地下水库煤柱坝体在水作用下的变形特征有着重要意义。论文以含水煤样剪切破坏损伤规律为主要研究对象,通过压剪试验对煤样剪切破坏强度及特征参数进行系统研究。利用声发射及红外辐射等研究手段对不同含水率下煤样剪切过程进行反演和分析,得到不同含水状态下煤样剪切破坏声发射及红外辐射特征,并以此为建立模型,对含水煤样剪切破坏过程损伤规律进行分析。论文从吸水性实验入手,首先确定5个浸水时间点;通过剪切试验表明随着含水率的升高,煤样的抗剪强度逐渐降低,二者之间呈指数降低的关系。并对剪切强度参数c、φ进行分析得出,煤样浸水后二者均呈下降趋势,同时基于含水率对摩尔库伦破坏准则参数进行修正;通过对试样剪切过程声发射参数研究,得到声发射计数及能率特征与应力应变曲线变化趋势具有相关性,即随着含水率的升高,声发射计数及能率特征越不明显;通过对剪切过程红外特征参数AIRT的分析,得到随着含水率增加,AIRT温变幅度不断降低,最高及最低辐射温度呈现相同的趋势。并结合表面辐射温度熵及方差等参数,得到含水率越高,表面温度方差越小的趋势;通过建立以声发射计数特征为基础的整体损伤变量以及以红外辐射温变点为基础的表面损伤变量。得到整体损伤变量在反映煤样更具前兆性和阶段性,而表面损伤变量则在峰值破坏阶段与应力-时间曲线拟合度更高。最后对煤样剪切破坏损伤模型作出评价,为研究坝体煤柱稳定性提供可靠的判定依据。
代爽[6]2017年在《受载复合煤岩变形破裂多场耦合模型研究》文中研究指明煤岩动力灾害是煤岩体在外界应力作用下在短时间内发生的一种具有动力效应和灾害后果的现象,是一种极其复杂的动力现象。煤岩变形破裂过程中产生的电磁、红外辐射可有效快捷预测冲击地压、煤与瓦斯突出等动力灾害,实现非接触式连续动态预测。主要研究成果如下:本文为了进行复合煤岩体变形破裂多物理场耦合模型的研究。自主研发了电磁辐射采集系统并制定了满足项目要求的试验方案。对电磁辐射强度信号、电磁辐射脉冲数信号与应力的变化规律进行深入分析,分析发现叁者具有较高的耦合性。进行了电磁辐射强度与电磁辐射脉冲数、电磁辐射强度与应力的相关性研究,结果表明拟合度较高,前者的线性相关系数可达到0.9以上,后者的线性相关系数可达到0.8以上。对复合煤岩红外辐射温度与应力变化规律进行对比分析,发现同样具有一致性。对煤表面红外辐射温度与应力应变、顶板岩表面红外辐射温度与应力应变分别作了相关性研究,结果表明拟合度较高,线性相关系数均可达到0.9以上。在复合损伤因子的基础上,建立受载复合煤岩破裂力电热耦合模型并验证模型。结果表明考虑热损伤后,模型精确度得到提高。采用ANSYS有限元软件进行了力电耦合场、力热耦合场的仿真研究。其中力电耦合场的仿真研究,压电效应表明受载复合煤岩压密阶段没有压电效应贡献,弹性阶段和弹塑性阶段的压电效应表明压力与感应电荷的产生成线性关系;磁场分布仿真表明模型表面处的磁场强度最强,磁场强度与感应电荷的变化成正比。理想均匀分布的磁场没有方向性;力热耦合场的仿真研究表明,摩擦生热效应反应了裂隙处的摩擦生热变化规律,温度的变化与应力的变化成正相关关系,总结以上仿真结果均符合实验结论。论文研究成果对于进一步深入揭示煤与瓦斯突出等动力灾害演化机理,完善煤与瓦斯等煤岩动力灾害预测方法及保障煤矿安全生产具有重要的理论意义和实际应用价值。
李国爱[7]2017年在《裂隙砂岩失稳演化过程红外热效应及其破坏前兆规律研究》文中研究表明红外辐射作为一种监测煤岩动力灾害的地球物理方法,其红外温度和红外热像具有反映煤岩受压破坏时间变化和空间演化特征的优势。为了进一步研究裂隙砂岩受载破坏的红外热效应及其前兆规律,本文搭建了裂隙砂岩红外热效应实验系统,测试了裂隙不同角度条件下的红外辐射。根据测定结果对裂隙砂岩单轴压缩下红外辐射温度不同指标进行分析,并对试样进行了不同裂隙角度条件下应力场、声发射动态分布和轴向位移场的变化模拟实验,通过用红外辐射等值线云图对试样失稳前关键时刻的温度场演化特征进行了对比分析,研究结果表明:(1)实验结果表明,试样受载破坏过程中红外辐射温度对破裂具有良好的响应,MIRT(最高红外辐射温度)异常信号表现为瞬间的突增、突降,AIRT(平均红外辐射温度)表现为整体的降转升或升转降。砂岩试样失稳破裂发生时,最高红外温度的增温幅度随着角度的增加呈现先升高后降低的趋势,变化幅度为0.14~1.36~0.11℃,其中转折点为60°或75°。(2)研究得到了砂岩试样加载过程中不同区域红外温度变化特征,位于预制裂隙两端区域呈现上升状态,升温幅度为0.08~0.17℃;位于预制裂隙中部两侧区域当预制裂隙角度为0°和45°时红外温度呈下降状态,降温幅度为0.03~0.09℃。当预制裂隙为75°时,预制裂隙中部上方区域温度曲线呈现降温状态,降温幅度达0.05℃;而中部下方区域的温度曲线呈现上升状态,降温幅度达0.08℃。(3)最高红外辐射温度曲线前兆规律主要表现为:降温前兆,红外温度降温幅度为0.05~0.2℃;升温前兆,红外温度升温幅度为0.1~0.3℃。平均红外辐射温度曲线前兆变化主要表现为:升温加速、降转升和升转降叁种类型。其中对于最高红外辐射温度曲线前兆,试样预制裂隙角度为0°~60°时,载荷比基本都落在73~88%区间内,75°、90°时,主要集中在90%左右。(4)随着预制裂隙角度的增加,裂隙周围高应力区域面积逐渐增大;同时裂纹起裂强度越来越高,试样破坏强度也越来越大,试样的承载能力在不断增强。预制裂隙角度的增加使得声发射分布越来越分散。(5)试样表面红外辐射温度场变化与应力场的变化相对应;试样发生主破裂前红外辐射温度云图表现出的局部高温/低温区域可以很好的推测将要发生破坏的位置及主要破坏形式;同时试样表面红外温度场高温区域面积急剧下降的变化为试样的红外热像失稳前兆。
刘纪坤[8]2012年在《煤体瓦斯吸附解吸过程热效应实验研究》文中研究说明采用理论分析与实验研究相结合的方法,结合自行设计加工的含有锗单晶的专用瓦斯吸附罐对不同条件下煤体瓦斯吸附解吸过程温度变化规律进行了实验研究。研究结果表明：煤体瓦斯吸附过程为放热过程,解吸过程为吸热过程,其温度变化的幅度与煤的变质程度、瓦斯吸附平衡压力、煤的粒径、吸附气体的种类以及煤样的含水率相关,温度变化曲线符合指数函数。对煤体瓦斯解吸过程进行了热力学与能量耗散规律分析,建立了煤体瓦斯解吸过程温度—解吸量模型；对多变指数进行了理论计算,建立了基于修正的多变指数的煤体瓦斯解吸过程温度变化模型。论文的研究结果将为应用煤体温度进行矿井工作面煤与瓦斯突出的预测及诊断提供理论及实验基础,对煤与瓦斯突出的预测预报具有重要的意义。
申志亮[9]2016年在《注水条件下具有冲击倾向煤体破坏前兆红外声发射特性研究》文中指出在具有冲击倾向性煤层开采中,通常采用煤层注水卸压的方式来保证安全生产,但是生产过程中采用此方式的煤体在高应力作用下局部有时依然有冲击事故发生。为了减少冲击危险事故的发生,提高局部危险区域的可预测性和可预警性,对局部危险区域注水煤体失稳前兆信息的监测研究显得尤为关键。针对上述问题,本文通过接触式声发射设备和非接触式红外热像设备对具有冲击倾向性注水煤体(自然吸水状态煤体、饱和吸水状态煤体和天然含水状态煤体)进行单轴荷载组合监测试验,以求从内外两方面来监测煤样失稳破坏的演化过程,从而揭示具有冲击倾向煤体局部危险区域受力失稳前红外辐射和声发射前兆变化规律,通过试验研究本文取得了如下主要研究成果:(1)煤样结构失稳前声发射演化过程大致可分为叁个阶段,声发射平静期、声发射弱活跃期和声发射强活跃期。煤样吸水量越大,相同荷载下煤样承载时间缩短,局部失稳现象出现越早,声发射突增点也出现越早。煤样失稳前声发射信号突增明显且具有一段平静期。此现象的出现可作为煤样失稳前兆的判断依据。(2)注水煤样AIRT-时间演化和应力-时间演化趋势相似,煤样结构失稳前AIRT先于结构失稳应力下降而下降,吸水量越大这种趋势越明显。煤样失稳前红外热像的红外前兆异常区显现明显。煤样吸水率越大红外热像异常点与周围环境温差越小,但是红外异常点显现越明显。首次红外异常区的出现可作为煤样失稳前兆的判断依据。(3)通过对比分析注水煤体在结构失稳演化过程中的声发射和红外辐射特征信息可知:声发射信号增多只知道损伤加剧但不知何时煤样失稳破坏,虽然红外热像的出现时间比AE信号出现晚,但是,它却比AE信号结束早。因此,红外异常点、带或面的出现则能更加直观和明显的预示煤样失稳破坏。利用声发射和红外热像特征参数建立了煤体损伤模型,从内外两方面分析了注水煤样损伤演化规律。通过实验研究发现两种监测手段可优势互补,其组合监测能较好的预测煤样失稳破坏。
徐子杰, 齐庆新, 李宏艳, 赵善坤, 张宁博[10]2013年在《冲击倾向性煤体加载破坏的红外辐射特征研究》文中研究表明为探讨不同冲击倾向性煤体失稳破坏的红外前兆信息,以无、弱、强3种冲击倾向性矿井煤样为对象,开展煤体加载破坏过程中红外辐射特征观测试验。试验结果表明:无冲击倾向性煤体温度场变化幅度较小,表面平均温度变化在0.01℃内,弱冲击倾向性煤体表面平均温度升高达0.18℃,强冲击倾向性煤体表面平均温度升高达0.21℃;无冲击倾向性煤体加载过程无明显高温区域,而冲击倾向性煤体加载时则出现剪切破坏形成的高温区域,且冲击倾向性越强,区域范围和强度越大;冲击倾向性煤体破坏前,煤样表面破裂区域为升温变化前兆,而未破裂区域为降温变化前兆。
参考文献：
[1]. 煤体破裂过程辐射温度场的研究[D]. 钟晓晖. 河北理工学院. 2002
[2]. 煤体破裂过程辐射温度场的研究[J]. 钟晓晖, 朱令起, 郭立稳, 勾昱君. 煤炭科学技术. 2006
[3]. 复合煤岩受载破裂内部红外辐射温度变化规律[J]. 杨桢, 齐庆杰, 叶丹丹, 李鑫, 罗浩. 煤炭学报. 2016
[4]. 受载煤体变形破裂微波辐射规律及其机理的基础研究[D]. 王云刚. 中国矿业大学. 2008
[5]. 含水煤样剪切破坏损伤规律试验研究[D]. 牛钦环. 中国矿业大学. 2017
[6]. 受载复合煤岩变形破裂多场耦合模型研究[D]. 代爽. 辽宁工程技术大学. 2017
[7]. 裂隙砂岩失稳演化过程红外热效应及其破坏前兆规律研究[D]. 李国爱. 中国矿业大学. 2017
[8]. 煤体瓦斯吸附解吸过程热效应实验研究[D]. 刘纪坤. 中国矿业大学(北京). 2012
[9]. 注水条件下具有冲击倾向煤体破坏前兆红外声发射特性研究[D]. 申志亮. 黑龙江科技大学. 2016
[10]. 冲击倾向性煤体加载破坏的红外辐射特征研究[J]. 徐子杰, 齐庆新, 李宏艳, 赵善坤, 张宁博. 中国安全科学学报. 2013
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