深部开采瓦斯渗流过程中煤体声电参数变化规律实验研究

In this project the change law of acoustic and electric parameters of coal containing gas and coal during gas seepage is studied. Based on existing laboratory experimental system, a test block of acoustic and electric parameters of coal containing gas is processed and the whole test system is consisted. Then by using this experimental system under different conditions the change law of acoustic and electric parameters of coal, coal containing gas and gas seepage process is studied. At the same time the surface structure, pores and fissures and component of coal body is tested. According to the test results and experimental results the change law of acoustic and electric parameters of coal and the influence of gas to acoustic and electric parameters of coal is obtained. On this basis by using acoustics, physics of dielectrics, coal petrology, fluid mechanics, damage mechanics the mechanism of stress, temperature, gas, adsorption, seepage influencing the change law of acoustic and electric parameters of coal. The research results lay the foundation for the study of the temporal and spatial distribution of the electromagnetic field, acoustic field in coal containing gas.

本项目主要是研究含瓦斯煤体和瓦斯渗流过程中煤体声电参数的变化规律，在实验室现有实验系统的基础上，加工可以测试含瓦斯煤体声电参数的缸体，组成完整的测试系统，并利用该实验系统测定不同情况下煤体、含瓦斯煤体、瓦斯渗流过程中声电参数变化规律，同时测试煤体孔裂隙结构、表面结构、组分，通过测试结果和实验结果分析获得不同情况下煤体的声电特性和瓦斯渗流对煤体声电参数变化的影响。在此基础上，利用声学、电介质物理学、煤岩学、渗流力学、损伤力学等理论知识分析应力、温度、瓦斯气体、吸附、渗流影响煤体声电参数变化的机理。该研究成果将为研究含瓦斯煤体内电磁场、声场的时空分布规律奠定基础。

煤岩的声电参数是反映其内部微观结构、元素成分与外界环境的重要参数物理量，通过测量煤岩声电参数的变化可以判断煤岩内部结构状态的微观变化，从而预测、预报煤岩动力灾害的孕育和发生。而煤岩的声波速度、导电性（用电阻率表示）、介电性（用相对介电常数表示）随着应力、温度、湿度、瓦斯吸附渗流等影响因素变化而变化。因此，研究应力、温度、湿度、瓦斯吸附渗流等对煤岩声电特性的影响对准确的判断煤岩内部结构状态变化预测煤岩动力灾害具有重要的意义。.本项目主要是实验研究含瓦斯煤体和瓦斯吸附渗流过程中煤体声电参数的变化规律，通过实验结果分析获得不同情况下煤体的声电特性和瓦斯吸附渗流对煤体声电参数变化的影响。在此基础上，利用相关理论知识分析应力、温度、瓦斯吸附渗流等影响煤体声电参数变化的机理。研究结果表明：（1）在受载煤体变形破坏过程中纵波波速先增加直至煤体破裂波速出现下降，而横波波速也是先增加，但当煤体破裂时，横波信号消失。（2）随着加载过程轴压或者围压的增大，试样的纵横波速表现出非线性增大趋势，并且波速增大过程中有明显的阶段化特征，最后趋于稳定；试样在受力加载过程中，试样纵横波波速比逐渐减小。（4）随温度升高，煤岩体试样内纵横波波速总体表现为减小，在减小过程中会出现波动现象。（5）煤样的电阻率在同一频率下随瓦斯压力的增加基本呈降低的趋势。煤样的相对介电常数在同一频率下随瓦斯压力的增加基本呈升高的趋势。（6）电阻率随频率的增加主要表现为减少的趋势；相对介电常数随频率的增加主要表现为先快速减少，然后再缓慢上升。（7）电阻率随应力的增加主要表现为减少的趋势；相对介电常数随应力的增加主要表现为增加的趋势。（8）电阻率随温度的增加主要表现为减少的趋势；相对介电常数随温度的增加主要表现为增加的趋势。（9）电阻率随水分的增加波动较大，主要表现为减少的趋势；相对介电常数随水分的增加波动较大，主要表现为增加的趋势。（10）煤样的电阻率在同一频率下随瓦斯压力的增加基本呈降低的趋势。煤样的相对介电常数在同一频率下随瓦斯压力的增加基本呈升高的趋势。所选煤样内的电子导电要强于离子导电，以电子导电为主，瓦斯的吸附能力越强，对煤样的导电性影响就会越大。（11）通过煤体电性参数可以反应出煤样的渗透性变化，这为煤岩动力灾害预测又提供了一种思路。该研究成果将为研究含瓦斯煤体内电磁场、声场的时空分布规律和预测煤岩动力灾害提供