煤岩失稳破坏表面电位异常与煤岩损伤的耦合规律研究

本项目拟研究煤岩失稳破坏过程中表面电位在煤岩表面的分布演化特征及其与煤岩损伤之间的耦合规律，探索表面电位与煤岩破坏之间的相应关系；探讨煤岩表面电位的产生机理，结合损伤力学、断裂力学、电磁动力学等理论建立煤岩表面电位的统计损伤计算模型；通过研究煤矿现场大尺度煤岩体受采动影响下表面电位的时空变化规律，初步建立基于煤岩表面电位探测的评估现场煤体应力状态及其稳定性的技术方法。项目的研究成果对进一步深入理解煤岩破裂的微观过程和电磁辐射产生机理，促进煤岩动力灾害非接触监测技术的发展和应用具有深远的理论意义和现实意义。

本项目研究了煤岩破坏表面电位异常特征、前兆规律、煤岩物性对表面电位的影响。研究了煤岩应变局部化特征与表面电位分布集中化的耦合关系。研究了煤岩不同破坏方式的自由电荷主导产生机理,完善了表面电位统计损伤模型及自由电荷累积与煤岩本构关系之间的联系。测试研究了现场采动过程、不同工序的表面电位特征规律，研究了煤岩表面电位的时空分布规律及其与常规指标的相关性，初步提出了基于表面电位的煤岩体稳定性测试方法。具体研究成果如下：.（1）煤岩材料受载破坏过程中有表面电位信号产生，煤样的表面电位与载荷具有较好的一致性，并且载荷的变化会引起表面电位的突变。混凝土、岩石试样在张性破裂中有时会出现低应力水平产生电位峰值现象。.（2）煤岩破坏内部电位与表面电位变化趋势基本一致，内部电位对载荷变化的反映比表面电位更为敏感。煤岩在内压自主破裂过程中产生的电位信号与煤岩应变、声发射等信号对应良好。.（3）煤岩表面电位与载荷及载荷速率具有显著相关性。煤岩缺陷、水份、成份等物性对表面电位的时域特征、主导产生机制影响明显。.（4）煤岩破坏前电位信号的突然增大或降低是煤岩主破裂发生的前兆特征。.（5）煤岩破坏过程中会产生应变局部化，应变局部化集中区域通常是煤岩损伤和破坏的位置，表面电位分布集中化与应变局部化呈现良好的耦合特征。.（6）研究了煤岩在单轴压缩、张性劈裂、弯曲等不同破坏过程中的主导电位产生机理；完善了煤岩表面电位的统计损伤模型及自由电荷累积与煤岩本构关系之间的联系。.（7）研制了煤岩表面电位测试装置及高稳定性不极化电极并进行了联合调试。制定了现场测试部署方案，研究了采动过程、不同工序的表面电位变化规律，分析了煤岩表面电位的时空分布规律，研究了表面电位与常规指标的相关性，初步提出了基于表面电位的煤岩体稳定性测试方法。