煤体三轴压缩变形破坏电性演化规律试验研究

Electrical parameters of coal is the basic of advancing detection research of coal or rock dynamic disasters using geophysical methods. Current research focuses on electrical characteristics under uniaxial compression and false triaxial compression of coal containing gas, research on coal true triaxial compression electrical characteristics and evolution of the parameters under conditions not deep enough. This study was carried out using self-built coal true triaxial compression failure process electrical parameters test platform, experiment coal triaxial compression test containing gas and without gas, using experimental, numerical simulation and theoretical analysis method, studying the evolution of resistivity and other electrical parameters when coal under loaded at different triaxial loads ways and different gas pressures, analysising the mechanism of coal electric parameter evolution between stress and gas pressure under triaxial compression conditions, establish coupling relationship between stress , gas pressure and electrical parameters. This study contributes to deeper understanding the evolution of coal or rock dynamic disasters, has important scientific significance and value of electrical prospecting technology in coal or rock dynamic disasters prediction.

煤体电性参数是利用地球物理手段进行煤岩动力灾害探测的基础研究工作，目前的研究多侧重于煤体单轴压缩及含瓦斯煤体假三轴压缩电性特征，对煤体真三轴压缩条件下电性参数特征及演化规律研究不够深入。本项目利用自行搭建的煤体真三轴压缩变形破坏过程电性参数测试平台，分别进行含瓦斯和不含瓦斯煤体三轴压缩试验，采用实验室实验、数值模拟和理论分析相结合的方法，借助于声发射测试技术，研究不同三轴加载方式、不同瓦斯压力下煤体变形破坏过程电阻率及其他电性参数的演化规律，分析三轴压缩条件下应力和瓦斯压力对煤体电性参数演化的作用机制，建立应力、瓦斯压力与电性参数之间的耦合关系。本研究有助于深入认识煤岩动力灾害的演化过程，对电法勘探技术在煤岩动力灾害预测预报中的应用具有重要的科学意义和应用价值。

在煤岩动力灾害过程中，存在多种物理力学响应，涉及力学过程、力学响应、物性和电性参数变化及地球物理响应等。煤岩体电阻率的研究是开展矿井电法勘探的基础工作，也是研究煤岩电阻率和动力灾害之间关系的前提。. 本项目利用网络并行电法设备和压力试验设备，搭建煤体压缩变形破坏过程电性参数测试平台，分别进行含瓦斯和不含瓦斯煤体三轴压缩试验，并分析三轴压缩条件下煤体电性参数演化机制。采用实验室实验、数值模拟和理论分析相结合的方法，研究不同加载方式、不同瓦斯压力下煤体变形破坏过程电阻率及其他电性参数的演化规律，挖掘了电阻率、电流、自然电位等特征参数，应力和瓦斯压力与电性参数的耦合关系。. 在单轴压缩实验中，应力峰值前电阻率随应力多呈一元二次方程和对数函数形式变化，应力峰值过后由于煤样破坏的不稳定性，电阻率上升过程中也具有多种变化形式，吸附/解吸过程中煤体电阻率变化幅度与瓦斯压力呈正相关关系，瓦斯压力越大，电阻率变化幅度就越大，CO2和N2吸附/解吸实验规律也是如此。对于不同吸附性能的气体而言，煤体电阻率变化幅度和气体的吸附性能有关，表现为CO2>CH4>N2。在煤样三轴压缩情况下，不同类型煤样在含瓦斯状态时变形规律是相同的，但其强度和变形量存在一定的差异性，且不同煤样的强度、屈服点和延展性都有所不同。在三轴压缩条件下进行突出模拟实验发现，煤体电阻率的时空分布呈现不同特征，其电阻率、电流、自然电位随着不同实验阶段呈现各自的变化规律。. 本研究的预期成果有助于深入认识煤岩动力灾害的演化过程，对电法勘探技术在煤岩动力灾害预测预报中的应用具有重要的科学意义和应用价值。