文摘

复合矿的煤岩动力灾害,热力学理论,结合损伤力学,和其他学科,组合煤岩的热力学耦合数学模型推导出一个卸载条件下,组合煤岩的仿真模型建立了数值模拟。和热红外辐射的变化规律分析了组合煤岩三轴加载和卸载并通过实验验证。结果显示以下结果:(1)组合煤岩的热红外辐射温度的分布是不同的在不同阶段的压力。整个温度场的温度低于初始温度场的三维应力加载阶段和阶段stress-keeping压力,但煤炭的身体的内部温度最高。在第一阶段的“装卸、煤层的温度略有增加,和其他地区的岩层温度的增加,除了循环低温区。在第二阶段的“装卸、高温和低温的交替区出现在岩体,和温度场增强,其中温度场达到最强的卸围压后。跳过最大应力后,整个温度场减少在不稳定和破裂阶段。(2)表面平均热红外辐射温度的变化( )组合煤岩可分为初始波动阶段,线性加热阶段,当地的下降阶段,温度突然增加阶段,断裂下降阶段。在三个不同的卸率为0.003 MPa /秒,0.03 MPa / s,和0.05 MPa / s,煤的身体,地板上的石头,屋顶岩石达到最大组合煤岩的不稳定和骨折之前,和煤的温度变化的身体是最明显的。(3)在不同围压卸载率屋顶的岩石、煤的身体,和地板岩石显示了很强的线性关系与压力后线性拟合。拟合后,模拟和实验结果之间的相关性高于0.89。围压卸载率越大,峰值的时间越短到达时,峰值越大。对比实验结果和仿真分析表明,这两个结果是一致的,研究结果可以为预防和控制提供理论依据煤岩动力灾害的挖掘。

1。介绍

煤炭开采深度的增加,煤岩动力煤与瓦斯突出和岩爆等灾害越来越严重(1]。文献[2)显示,将近一半的煤矿灾害在中国发现了发生在团体或伴随着附近的地震,和所有类型的灾害。压力扰动之间似乎存在矿业领域。煤炭开采的过程本质上是一个卸货过程。这个机械的过程会导致大量的热红外辐射和温度变化在煤岩体3- - - - - -6]。与此同时,在采矿过程中温度的变化将进一步影响材料的物理参数和力学性能,从而使实际的卸货过程更加复杂。目前,大多数研究煤的力学性质和岩石在单轴加载条件下进行。文献[7]研究了煤岩复合材料在单轴压缩下的脆性破坏模型通过实验室测试和数值模拟。文献[8]分析了应力特性和机械性能和比较复合煤质量的异同与软、硬煤炭质量的变形和破坏特征。此外,力学性能和变形和破坏法律复合煤质量在单向加载了。文献[9研究coal-like岩石的力学性能和不同加载速率下损伤演化的规律。结果表明,加载速率越高,越早标本进入稳定发展阶段的伤害。在[10),颗粒流方法建立煤和岩石的复合模型不同的倾斜角度,并卸载后影响不稳定特征进行了分析。

相关结果表明,通过研究国内外热红外辐射的分布和变化规律组合煤岩、煤和岩石的动态灾难可以有效地预测(11- - - - - -14]。文献[15,16]使用红外热像仪进行模拟试验的失败引起的岩层开挖过程,并发现红外辐射温度能反映岩层应力的变化在不同的深度,而红外热成像可以反映岩体的破坏过程。文献[17)认为,红外前兆主要表现为红外热敏成像法和平均红外辐射温度异常。文献[18)进行了红外辐射观测测试压力灾难的花岗岩,研究了红外异常现象的机制在地震之前,,发现红外辐射温度对岩石的外表面与压力的不断变化也改变了。文献[19)水混凝土进行了单轴压缩加载测试样品,测试和研究了红外辐射温度的变化特点,红外温度记录,以及声发射,破裂的前兆信息。文献[20.)用红外热成像技术来研究煤岩变形期间红外辐射的变化。研究表明,煤和岩石表面的红外辐射温度会随着载荷的增加而改变。有一阶段在红外辐射温度变化微分cracking-developed区,stress-concentrated区域,和破碎区。文献[21)进行观察测试的红外辐射特征的过程中加载失败的煤炭样本,讨论了煤的红外前兆信息不稳定故障样本不同破裂负债,并获得煤样的红外辐射温度前兆特征条件下没有冲洗,冲洗疲软,和强大的冲洗。文献[22)的红外辐射温度场的变化监测围岩巷道通过红外辐射技术,和验证的辐射温度场与巷道破坏特征有很好的对应关系。文献[23]发现红外辐射变化将发生在应力调整过程中机械煤和岩石的断裂。文献[24)定量分析了红外辐射温度和的特征参数的演化规律,煤和岩石破坏煤和岩石加载过程中。文献[25]研究了内部红外辐射温度载荷组合煤岩的变化规律。结果表明,组合煤岩热弹性效应和热加载过程中摩擦的影响。此外,产生的热位移和煤的裂隙表面之间的摩擦产生的热量明显高于热弹性效应,和岩体的热弹性效应起着主导作用。文献[26]发现热红外辐射温度的演化过程煤和岩石的断裂可分为四个阶段,即平静的阶段,轻微的波动阶段,快速增长阶段,快速下降阶段,准确地描述煤的红外辐射规律和岩石在单轴加载和卸载状态。文献[27)在他们的研究中发现,煤岩断裂和不稳定的红外辐射前兆显示步骤和类型急速上升的趋势。总之,前辈们研究了热红外辐射温度的特点和前体法律的煤和岩石在单轴加载下,但很少有相关研究深层煤岩体的卸荷失败。

基于上述研究成果,相关学者进行相关研究对卸煤和岩石的断裂和multifield耦合研究。然而,很少有研究煤和岩体各向异性的热机耦合机理,并研究热红外辐射复合的三轴卸荷条件下煤岩还不够彻底。文献[28)卸货进行了三轴压缩试验的基础上,地下工程开挖的压力。研究结果表明,红外辐射特征的岩石标本在不同中间主应力不同,显示随着中间主压力的增加,岩石的失效模式也不同。文献[29日]进行了常规三轴压缩(CTC)测试含煤,含气性coal-mudstone组合,和含气性coal-sandstone组合使用rlw - 500 g三轴实验系统。文献[30.)进行实验室测试在两个应力路径下,即常规三轴压缩和prepeak卸围压,为了探索失效机理的卸煤巷道开挖,并分析了其力学特性。根据伤害和失败法,结果表明,在卸荷应力路径下,煤炭身体失败是一个复合状态的剪切破坏是主要部分,但仍有部分分裂失败。基于的卸荷力学路径固定轴向位移和周围的卸载压力,研究在卸货过程中损伤特性进行了重组煤具有高塑性的CT值,CT伤害,每个扫描和CT图像层获得从CT成像实验31日]。文献[32]建立了岩石在高温下的温度应力数值耦合模型,进行了数值模拟温度场的演变规律和采场覆岩断裂场燃烧腔温度应力耦合条件下,应力和温度之间的关系,研究岩石热损伤的状态。文献[33)进行了物理实验和数值模拟对系统不稳定故障气体含煤岩在不同的情况下,全面分析了multiphysical耦合机制的气体含煤岩损伤和outbreak-rock耦合动力灾害的发生条件,并改善outbreak-rock耦合动态机制的理解灾难。文献[34)进行了一次卸煤和岩石的破坏实验多相耦合作用下的水,力量,和热。通过优化降噪和三维融合的红外辐射信息,重建的三维红外辐射场。考虑表面损伤特征,三维红外辐射场和模拟软件结果揭示的红外辐射信息的时空演化组合煤岩的卸荷损伤,并实现无触点预测煤岩动力灾害。文献[35)提出了一个大容量的热力耦合方法具体深井的内壁上,考虑各种边界条件,如内部热源,外部冷源,塑胶板摩擦约束,上覆墙轴负载,形成横向压力。早期温度应力场演化特征深度冻结井筒内壁的获得,以及高危地区容易确定早期温度裂缝。上述研究成果取得了一个非常有用的热红外辐射的探测前兆在卸载和煤和岩石破裂之前,并为后续的研究奠定了基础。

总之,大量的煤和岩石开采动力灾害事件表明,在动态的灾难事件的发生,会有不同程度的前兆信息,如应力、应变的变化,温度、声发射。通过监控这些信号的变化趋势和异常值,可以提供有效的冲击灾害危害的早期预警,及时有效的控制可以采取措施减少岩石冲击灾害造成的人员伤亡和设备损坏,具有工程应用前景。然而,大多数当前的研究预测和预测煤和岩石开采动力灾害都是基于单轴条件下,远离实际的三轴矿业形势。研究基于三轴卸荷条件下红外辐射温度法需要深入。仍有许多改进的空间分析卸载破裂机制从物理模型耦合的角度。很少有研究煤和岩体各向异性的热力学。针对问题的有效预测和预测煤和岩石开采动力灾害,本文打算研究不仅热红外辐射温度的分布在卸载和裂缝各向异性组合煤岩的过程,而且热红外辐射之间的关系和表面应力组合煤岩及其基于热力学和损伤力学的变化规律。联合预警模拟和实验煤和岩石的不稳定通过多重物理量领域探索红外辐射温度变化的特点和煤和岩石破裂前兆规律具有重要的理论意义发展的煤和岩石开采动力灾害预测和预报。

2。材料和方法

2.1。热力耦合模型,组合煤岩卸荷

根据Stefan-Boltzman法,煤和岩石表面的热红外辐射能量成正比的力量身体温度和发射率。当煤岩的物质类型和表面光洁度常数,热红外辐射强度受表面只有相关的物理温度煤岩(26]。因此,在装卸过程中,当组合煤岩的热红外辐射强度作用下的压力变化,原因是外部压力会导致煤岩温度场的变化,从而导致异化的温度场的热红外辐射表面的煤岩。这种热变化实际上是一个热力学耦合效应,热应力将产生热损伤和其他影响,加快煤岩体的失稳故障(36]。

根据弹性损伤理论、等效弹性模量煤岩损伤后可以表示如下: 在哪里破坏前的初始弹性模量;损伤变量,用于描述煤岩的破坏程度和演化的作用下外部负载。

煤岩体的内部元素为研究对象,三个主应力的大小在装卸过程中不为零(37),这符合广义胡克定律。主应变方程如下: 在哪里( )是主应变;弹性模量;( )是主应力;泊松比。

剪切应变方程如下: 在哪里( )是剪切应力;( )是剪切应变; 是瘸子常数。

方程(2)和方程(3)共同表达在卸荷条件下组合煤岩的应力-应变关系。在三维弹性系统,应变可以由主应变和剪切应变分量特征。根据热力学原理和文献[38),每个组件的温度变化与压力之间的关系组合煤岩的进一步推导如下: 在哪里的初始温度不同组件的组合煤岩(°C);的体积是不同组件的组合煤岩(m³);的比热容是不同的组件的组合煤岩(J /(公斤·K)); ,( )或 ,( )是热应力系数。

然后,温度场不同组件的组合煤岩在任何时间如下:

代入方程(1),方程(2)和方程(3)方程(4)。根据方程(5),具体的温度场和应变之间的关系,每个组件的组合煤岩可以获得如下:

为了建立热力耦合模型,还需要增加热传导方程确定温度场的分布在组合煤岩。根据热量平衡热力学原理,假设比热容和热导率( )组合煤岩是常数,不随温度改变。介绍了固体三维各向异性热传导微分方程(39)来描述组合煤岩的内部温度场。具体的微分方程如下: 在哪里材料的密度(公斤/米³); , ,和材料的导热系数在三个方向(W / (m·K));热释放率。

然而,当煤和岩石是在外力作用下的破坏,将导致的损害增加煤岩的热导率和比热容。假定损伤的影响比热容和热导率( )组合煤岩符合下列功能的关系(40]: 在哪里和的比热容组合煤岩损伤前后不同的组件(J/(公斤·K))。和( )是导热性损伤前后的煤和岩石的不同组件(W / (m·K))。和是损伤的影响系数比热容和热导率的不同组件组合煤岩,分别。

用方程(8)方程(6)和方程(7),组合煤岩的不同组件温度和各点的瞬时温度煤和岩石可以计算。平均红外辐射温度( )指的平均值相对应的红外辐射温度煤和岩石表面上的每个点在某一时刻,它反映了变化特征的煤和岩石表面的红外辐射温度场在整个25]。具体的方程如下: 在哪里的辐射温度是th的温度场(°C)。是平均的(°C)。是选择的数量组合煤岩点。

总之,热耦合数学模型的红外辐射温度场和应力场组合煤岩的卸载和断裂的过程如下:

2.2。仿真模型的组合煤岩卸荷

FLAC^{3 d}软件是用于建立一个标准的圆柱组合煤岩与大小的3 d模型 。组件rock-coal-rock的比例是1:1:1。物理参数的板岩顶部和底部板模型中都是相同的。该模型一般分为79200台和80581节点。本构关系的三维组合煤岩模型针对摩尔-库仑塑料机械模式设置为常用的模式41),本构模型在热模式是各向异性热传导模型。仿真模型的材料属性参数如表所示1。

根据“煤矿安全法规”,工作表面温度不超过26°C (42),和温度条件是那些可以通过室内实验。设置组合煤岩的初始温度和环境温度仿真模型在热模式下室温20°C。的台阶多轴式装卸仿真的机械模式如下:(1)应用固定约束和轴向应力模型的顶部和底部,并应用10 MPa围压。(2)保持围压不变,以位移速度和负载的0.05毫米/分钟。(3)记录应力加载曲线,直到组合煤岩断裂,并记录峰值应力强度。(4)在模拟条件下在步骤(1)和(2),再进行三轴加载。当压力达到80%的峰值强度在步骤(3)中,记录的情况下确保仿真结果不扭曲,三个常用的缓慢卸载围压率为0.003 MPa /秒,0.03 MPa / s,和0.05 MPa / s (43,44)选择卸载模拟组合煤岩破裂之前,和模拟的目的。

3所示。结果与讨论

3.1。仿真研究

3.1.1。热红外辐射温度的分布规律

为了更好地研究卸煤岩的断裂力学阶段之间的关系及其红外辐射温度、压力变化过程必须先澄清。结构应力( - - - - - - )曲线下的三轴装卸卸货率为0.05 MPa / s围压如图1。它分为五个阶段。OA是三维应力加载阶段。在这个阶段,由于轴向压力和围压的联合行动,主要孔隙和微裂缝的复合煤逐渐压实,和内部结构开始改变。这个阶段是类似于单轴加载压实阶段。AB是stress-keeping压力的阶段。这个阶段是一个过程的轴向压力和围压相互抵制,和轴向压力提出了一种非线性变化。BC的第一阶段“装卸”,这是有弹性的。压力显示一个线性增加的趋势。CD是第二阶段的“装卸”,这是将弹性转换为可塑性的过程。 The stress at this stage shows a transition from linear to nonlinear. DE is the instability and rupture stage. After unloading the confining pressure at a rate of 0.05 MPa/s at 142.5 s, until the peak stress at point D reaches the maximum value of 45.45 MPa, the composite coal-rock fractures, the curve drops rapidly, and the simulation ends.

在仿真过程中,不需要切组合煤岩仿真模型,即的分布可以通过整个红外辐射温度分布观察云的地图。图2是云的整体红外辐射温度分布地图组合煤岩卸围压下率为0.05 MPa / s。在每个阶段的压力和卸围压后,选择一个时间点进行分析在25岁年代,60年代,90年代,130年代,146年代和175年代,分别。从图可以看出2温度分布是不同的在不同的阶段。然而,由于煤体内的低密度、低导热系数,它有一个很大程度上的力变形和高温积累。但煤炭身体缓慢传热和温度变化小,最后介绍了高温煤体内分布的特征。

从不同阶段的角度来看,整体温度温度场的三维应力加载(图2(一个)(图)和stress-keeping压力阶段2 (b))低于初始温度。在第一阶段的“装卸”(图2 (c)),轴向应力的影响变得越来越明显,煤体的温度略有上升。除了循环低温区,其余的岩层的温度增加。在第二阶段的“装卸”(图2 (d)),身体的高温区域煤炭价差上下两边的岩体。岩体的温度场的一部分被显著增强了与前一个阶段相比,还有一种交替现象的高,低温地区横向方向。围压后松了一口气(图2 (e)),温度场的温度分布扩展根据前一个阶段的趋势,以及温度场达到最强。跳过压力的最高点后,煤岩失去稳定性和破裂,温度场和减少在不稳定和破裂阶段(图2 (f))。

3.1.2。热红外辐射温度和压力的变化

(1)研究不同的卸围压率。图3显示了结构应力( - - - - - - )曲线组合煤岩三轴装卸仿真不同卸围压下率。相比之下,当围压和其他条件是相同的,只有卸载率改变,压力阶段保持不变,仍然可以分为五个阶段。整体应力趋势是相同的,和前面的加载曲线完全重合。然而,随着卸荷速率的增加,组合煤岩断裂的应力峰值点降低,断裂从加载的时间变得更短,和组合煤岩的整体刚度和强度减少,使其更容易断裂。

从上述可以看出,能反映的平均辐射强度从表面的红外辐射释放组合煤岩,所以本文使用作为分析参数进行研究。图4显示了平均热红外辐射温度( - - - - - - 煤表面的)曲线的条件下不同的卸围压率。从图可以看出4三条曲线开始变化从142.5 s卸货后。和峰值到达的时间在0.05 MPa / s卸围压比在0.03 MPa / s和0.003 MPa / s卸围压。最高温度是22.49°C,大于22.28°C和22.03°C的后两个。也就是说,在同等条件下,围压卸荷速率越大,峰值的时间越短和峰值就越大。

(2)热红外辐射温度变化的规律。图5显示了 - - - - - - - - - - - -曲线不同组件的综合上述三种不同围压下煤岩卸率,和三个的趋势是一致的。根据煤的平均热红外辐射温度变化曲线表面,温度变化过程分为五个阶段:最初的波动阶段,线性加热阶段,当地的下降阶段,温度突然增加阶段,断裂下降阶段。把图5 (c)作为一个例子进行分析。五个阶段如下:(1)初始波动阶段:不同组件的组合煤岩显示减少的波动趋势,不同程度的增加,然后降低。所不同的是,煤炭的波峰身体出现晚于屋顶层岩石和岩石序列,和波动程度较大,和最大波动0.38°C。同时,结合图1可以看出,相比之下,三维应力加载阶段(OA)的内部应力场组合煤岩逐渐稳定后进入阶段stress-keeping压力(AB),和的程度波动变得越来越小(2)线性加热阶段——的变化趋势屋顶的岩石、煤、岩石和地板的变化趋势是一样的第一阶段“装卸”(BC)的压力,这两个有一个线性上升。的煤的身体在这个阶段的最明显的变化,增加了1.21°C。在110.49秒,煤炭的身体达到一个局部最大值为21.15°C,和时间早于地板屋顶岩石和岩石(3)当地下降阶段:屋顶的岩石、煤、岩石和地板都显示出下降的趋势,然后变得稳定。其中,煤炭的身体已经下降了约0.35°C,这是第二阶段的早期“装卸”(CD)的压力。在这个阶段,屋顶层岩石和岩石的继续前一个阶段的上升趋势,并达成的局部最大值21.06°C和21.01°C 114.27和116.78年代先后。间隔后下降,在柔和的趋势煤炭的身体先后高于地板屋顶岩石和岩石(4)温度突然增加阶段:在这个阶段,倾向于减少后突然增加,这是第二阶段的中期和后期阶段“装卸”(CD)的压力。围压卸载后在142.5 s,组合煤岩的围压约束逐渐减少,和煤炭的身体在短时间内突然增加。在142.7 s,它首先达到的全球最大22.53°C,然后显示一个下降的趋势,下降了0.28°C。屋顶层岩石和岩石达到全球最大22.33°C和22.15°C先后在145.23秒和146.03秒(5)断裂下降阶段:在经历之前的压力和温度的综合效应,组合煤岩已达到轴承限制在167.6 s,它是不稳定的,损坏的点 。在此阶段,继续下滑,在前一阶段,在不稳定和破裂阶段(DE)的压力

3.1.3。热红外辐射温度和压力之间的关系

表面复合煤的平均红外辐射温度和压力的身体,屋顶的岩石,岩石和地板安装获得线性拟合关系表达式之间的平均热红外辐射温度和压力: 在哪里是每个组件的表面平均热红外辐射温度的组合煤岩在任何时候(°C),拟合曲线的斜率,是压力(MPa),的起始温度线性加热阶段(°C)。

图6显示的拟合曲线表面和压力不同组件的组合煤岩在不同的卸率。之间的线性关系的表达和压力在煤表面图6 (c)如下: 在线性拟合得到的相关系数为0.924。

在执行一个线性拟合和屋顶的轴向应力岩石表面,和之间的线性关系和压力得到如下: 在线性拟合得到的相关系数为0.93553。

在执行一个线性拟合和地板的轴向应力岩石表面,和之间的线性关系和压力得到如下: 在线性拟合得到的相关系数为0.92295。

根据拟合参数表2(卸围压速率为0.003 MPa / s和0.03 MPa / s),线性相关系数和压力拟合后都大于0.89。所以,有很强的线性相关性的平均热红外辐射温度和压力组合煤岩在不同工作条件下的表面。

3.1.4。实验验证

图7是一个原理图的三轴试验设备和实地测试。测试系统由一个三轴测试机、动态数据采集、功率控制内阁和电脑。为了确保温度数据可以收集在一个封闭的环境中,一个观察窗设置围油缸的测试机。本文使用鞣制- 2000微机控制高温岩石三轴试验机进行测试。该设备可以收集、存储、处理和显示测试数据和测试曲线在实时测试。收集样本的平均红外辐射温度由ThermoView™Pi20红外热像仪;即平均红外辐射温度对应的热红外图像的所有像素样本表面在特定的时刻。红外热像仪的光谱响应是8 ~ 14μm,灵敏度为0.03°C。

煤和岩石样本从煤层中选择,并有很强的影响在平庄冯Shuigou煤矿,内蒙古。在实际煤矿的煤层主要是夹石层,基本上呈现“rock-coal-rock的三层结构。”根据这一特点,组合煤岩样品用于测试处理(45]。通过现场勘探和比较,材料是取自现场,新鲜煤样品与屋顶和地板粉砂岩钻。在实验室里,屋顶岩石、煤样品,和地板岩石剪切和保税的比率1:1:1到20圆柱样品直径50毫米和100毫米的高度。五是留给一个组合煤岩样品进行预测,剩下的样品受到不同卸围压三轴测试装卸率,编号1^#,2^#3^#4^#,5^#6^#7^#,8^#,9^#,10^#,11^#,12^#, 13^#,14^#,15个^#。一些组合煤岩样品如图8。

实验步骤如下:(1)在室温下,密封与热塑性复合煤岩样品管和把它在一个封闭气缸(2)热成像相机连接到电脑,目标前面的热成像摄像机的观察窗观察样品表面,打开电源,打开软件连接热成像摄像机,并检查热成像摄像机状态(3)打开氮气的阀试验机注入氮气,并关闭燃气阀,当它是满的(4)三维应力应用于样品预定10 MPa的围压值(5)进行预测:保持围压不变,负载样本下轴向压缩位移速率的0.05毫米/分钟。记录峰值应力强度,获得峰值应力强度的平均值的5个样品(6)三轴装卸测试:将样品1^#~ 15^#分成三组同样,重复步骤(1),(2),(3),(4)、设置相同的三轴加载条件下进行预测。当压力达到约80%的峰值强度的平均值,围压会如释重负。和卸货率设置为0.003 MPa / s(样品1^#,2^#3^#4^#,5^#),0.03 MPa / s(样品6^#7^#,8^#,9^#,10^#),0.05 MPa / s(样品11^#,12^#, 13^#,14^#,15个^#),保持轴向压力继续加载卸载过程中。当轴向应力超过峰值应力和样品损坏,立即停止围压卸载操作。保持围压不变,继续施加轴向压力,直到压力曲线不再随应变的变化,变化和测试目的

在进行预测,卸围压的平均值是39 MPa。因为样品是随机分组,第一个样本,即样本1^#6^#,11^#的比较,选择三组不同卸围压速率测试。图9显示了样本的测试结果1^#6^#,11^#。从图可以看出9样品的裂缝主要存在于煤层并展示一个倒“y形”分裂骨折。和岩体微裂隙,但这些都不是显而易见的。这是由于样品的相对强度高,更加突出端效应,最终在三向应力状态是由于摩擦约束。

的 - - - - - - - - - - - -样品1的曲线^#6^#,11^#如图10,三条曲线的趋势是相同的。结合数据9和10,围压救援速度越大,越大峰,更严重的机械变化引起的热量,热力耦合效应越明显,样品断裂时间越短。因此,示例中的裂缝是来不及充分扩张,和更多的损伤主要集中在一定的宏观断裂表面,降低总体程度的断裂。在装卸过程中,形成,发展和融合中的微裂隙煤样品发生。随着压力的增加,显示了一个上升趋势,当地峰值和全球最大值出现。从屋顶和地板岩石的强度远远大于煤炭,煤炭的尸体被不稳定,骨折的最后测试。尽管裂缝传播在岩体内,岩体本身没有明显破坏。的屋顶和地板的岩石表现出上升趋势。围压松了一口气后,在很短的时间内达到最大值。把样品11^#在图10 (c)作为一个例子进行分析。

煤的身体,在最初的波动阶段,组合煤岩,这是一种各向异性和非均质物质,在内部框架microdefects粒子,和内部微裂隙和微孔隙逐渐破裂和三维应力加载的初始阶段。共同作用下的微小错位摩擦(明显的损害尚未开始)和气体排放的毛孔,煤样破坏开始出现,并有一定程度的散热。减少了0.19°C在0 ~ 19.7 s。进入stress-keeping阶段压力后,煤样内部应力场的逐渐稳定,损害并不是严重的开始。在这个时候,样品变形在弹性范围内,热弹性效应起着主导作用。压实后,粒子在煤体内有一个小范围的摩擦,并释放热量使波动再次上升了0.39°C。在线性加热阶段,随着压力的增加,煤样新裂缝开始发展,和裂隙和继续发展。这些微裂隙继续摩擦和加热在形成过程中,伴随着煤和岩石之间的摩擦界面。在热的生产显示一个线性波动上升趋势,达到一个局部最大值20.52°C 121.4 s。在当地的下降阶段,煤样的承载结构开始失败,和不同类型的裂隙和发生在热影响。的共同作用下剪切裂缝导致热量生成和当地热应激损伤,煤样的内部微裂隙增加,和外部微裂隙出现,这就增加了样本容量和膨胀,吸收的热量。展示了这一趋势首先减少当地最大的稳定,减少了0.43°C在121.5到152.2年代。在突然气温上升阶段,由于围压开始卸货152.2 s,样本上的围压的限制逐渐减少,和裂缝的发展和摩擦滑移煤体内越来越激烈。样品的变形加速,摩擦热的影响发生,生成大量的热。在短时间内突然增加,全球最大达到20.81°C 156.9 s。同时,煤中的矿物质组件的可扩展性逐渐突出。标本内的叠加效应诱发热应力,导致恶化的裂隙,体积的增加更显著,和一些热量被吸收又开始显示出下降的趋势。在断裂下降阶段,180.7秒后,由于原始裂缝的进一步发展和生产大量的新的裂缝,他们对主要集中破裂。当应力达到最大值45.46 MPa,样品到达承载极限,裂缝穿透宏观煤体内,示例破裂。有暴力的位错断裂表面之间的摩擦,导致大量的高温点,和增加了一小步,但总体趋势还是减少。

屋顶的岩石,初始载荷逐渐增加,裂缝和孔隙压实阶段,断裂表面没有摩擦加热效应,和温度上下波动。在线性加热阶段,少量的微观裂缝也出现在屋顶的岩石。的曲线显示几乎线性上升趋势,但80年和100年之间有一个缓冲。落后于煤炭的身体,达到局部最大值为20.28°C 129.8 s,这增加了约0.14°C。由于内部裂隙的增加和扩大,开始当地最大的减少,达到全球最高为20.70°C 161.6 s比煤炭晚身体围压卸载后,低于最大的价值煤炭的身体。

地板的红外辐射温度变化岩石类似于屋顶的岩石。所不同的是,熊的地板岩石重力从屋顶岩石和煤的身体。在三向应力加载阶段和阶段stress-keeping压力,更多的从内部孔隙气体排放,吸热现象的现象是显而易见的。的波动趋势低于屋顶的岩石。在线性加热阶段,顶板岩石的温度变化更明显,温度上升了0.42°C。局部最大值的出现时间是煤炭的身体和屋顶之间的岩石,达到20.31°C 125.03 s。同样,全球最大达到20.73°C 159.2 s,之间最大的煤炭的身体和屋顶的岩石。

图11样品的热成像图11吗^#在装卸过程中。六个时间点的20年代,40年代,90年代,130年代,160年代和180年代被选中。从图可以看出11身体的温度变化煤炭装卸过程中更明显。和温度的最高点位于中间的轴向区域和身体的下部煤,和岩体的温度变化范围相对较小。

从上面可以看出,在卸载和组合煤岩破裂过程,煤炭的身体出现早于屋顶层岩石和岩石。为了探索前兆变化的红外辐射温度,只有煤的身体可以与压力峰值的时间。表3是一个比较平均的峰值到达时间和峰值大小热红外辐射温度和压力在煤表面不同卸围压下率样本1^#~ 15^#。热红外辐射温度峰值平均每个样品到达的时间早于压力峰值到达时间。结合图8,在组合煤岩是不稳定和破裂之前,屋顶的平均热红外辐射温度岩石,煤炭的身体,和地板岩石展品突然增加,逐步上升。其中,发生时间的前体煤的平均热红外辐射温度的身体之前,地板和屋顶的岩石,和程度的变化是最大的。

表4显示了一些样品的拟合方程及相关参数在不同围压卸载率。样品1的拟合曲线^#6^#,11^#如图12。可以看出与压力有很好的线性相关性,相关系数都在0.90以上。拟合结果相比模拟,实验拟合后的相关系数较高。这是由于大量的实验采样点和人工点,这也进一步证明了有很好的线性相关性与压力。

总之,实验结果表明,平均热红外辐射温度的变化趋势对样品的表面与仿真结果是一致的。表面的平均热红外辐射温度与压力,具有良好的相关性,验证模拟和分析的正确性。

4所示。结论

(1)考虑应力和热红外辐射温度的综合影响卸货和各向异性复合煤和岩石破裂,基于力学和损伤力学的基本理论公式,推导出它的不同组件各向异性复合材料在卸煤和岩石破裂过程任意值。热红外辐射温度和压力之间的关系是平均,和卸载下的热力耦合的数学模型,建立了断裂条件(2)仿真结果表明,在卸荷条件下,复合材料的热红外辐射温度煤是集中在煤层。142.5年代卸围压后,整体温度场达到最强。卸围压速率越大,峰值到达的时间越短 ,和峰值越大。的顶板岩石的变化,煤的身体,和地板的岩石主要是分为五个阶段,呈现出波动的趋势,近线性上升,缓慢下降,突然增加卸货后达到最大,然后慢慢减少(3)实验结果表明,经过152.2秒的卸围压,煤和岩石上的限制逐渐减少,和裂缝的发展和摩擦滑移变得越来越激烈。卸围压速率越大,峰值到达时间越短的热红外辐射温度和峰值就越大。其中,在0.003 MPa /秒,0.03 MPa / s,和0.05 MPa / s卸围压率煤炭、地板的岩石,岩石和屋顶增加前突然压力峰值达到最大值,分别为:20.69°C, 20.56°C, 20.51°C;20.79°C, 20.70°C, 20.68°C;和20.81°C, 20.73°C, 20.70°C。的每个组件的组合煤岩与压力,具有良好的线性相关性,相关系数大于0.90。的组合煤岩卸荷条件下的变化规律与仿真结果是一致的

研究结果为监测提供新思路和新方法和煤岩动力灾害预警。

数据可用性

测试数据用于支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是支持的学科创新团队辽宁科技大学(LNTU20TD-29),中国国家自然科学基金(51604141和51604141号)和辽宁省教育委员会项目(LJ2019JL013和LJ2020JCL020)。