文摘

介绍了创新技术释放煤层破裂责任通过微波辐射。核实这一环保技术的可行性,一系列的实验室检测结合声发射(AE)进行了调查。测试结果表明,单轴抗压强度(UCS)和破裂能量指数生和用水浸煤炭样本显著降低。特别是破裂责任降低了一个等级UCS的值相比时,证据是波的变化速度测试煤样品。也可以找到完整的事件和热门的应力-应变曲线和累积曲线的声发射原始的弹性模量和用水浸煤样品进行微波辐射下降了58.42%和29.63%,分别。这有助于更快地进入稳定裂纹扩展阶段,增长速度慢和裂缝的大小更均匀,和没有小煤碎片喷射在失败过程中煤炭样本。与此同时,煤炭样本比例的高能事件发布经历了微波治疗后下降。此外,微波加热主要是促进了裂纹的萌生和扩张煤炭样品微波功率的影响下的1千瓦,120年代的加热时间,这可能会导致大的整体损伤骨折进入多个中小裂缝。基于实验结果,利用微波的概念过程削弱煤层破裂责任提出,这将是有意义的参考微波采油和煤层气生产。

1。介绍

岩石破裂已经成为一个最严重的风险在地下煤矿。作为一个典型的动态现象,它通常会导致突然严重损害与快速释放和暴力相关的弹性应变能的失败归因于岩体(1- - - - - -5]。此外,一些其他次生灾害,如气体爆发和屋顶落也会发生与岩石破裂,国内外报道和记录(6,7]。随着煤矿开采深度和强度的增加,岩石破裂变得比以往任何时候都更加频繁,如在美国(8),澳大利亚(9,10)、波兰(11,12),中国(13]。尤其是,177多个矿山岩爆事件在中国到2017年底,(13]。它已经指出,岩石破裂的发生不仅在开采条件,也取决于/煤岩体破裂的责任(14]。与开采条件相比,爆炸责任被认为是一个有效的预警预防冲击地压的象征。

从本质上讲,岩爆的预防和控制是减少煤炭和巷道周围岩体破裂责任或边坡允许卸压和高压力在其他地方在远处转移(15]。煤炭卸压,进行了大量的研究,很多实用的技术被提出,其中包括钻孔卸压(16),注入水(17],煤矿爆破[18),和液压剪19]。虽然这些现场技术实现福利在释放压力,减压的有效性和及时性仍主要关注煤炭经营者。其中,钻探减压和液压剪被动改变煤的力学性能。当煤层是困难的(f≥3),它是不够的裂缝周围的煤炭质量钻井或缝隙。煤层注水被认为是活跃削弱煤炭质量,但复杂的过程需要很长时间。不同于水注入,复杂的程序限制在卸压爆破技术的广泛应用。此外,潜在的失败和岩石破裂归咎于爆破技术也应占。另一方面,煤层注水和水力切割将利用大量的水,并可能导致水污染。

在此背景下,开发一个有效、及时、主动、和环保技术改变属性的煤炭质量是成为地下煤矿紧急受到岩石破裂。本文的作者提出了一个创新通过微波辐射技术在治疗煤的质量。,微波是指电磁波的频率300 MHz - 3000 GHz(3太赫兹),和工业使用的频率,科学和医学(ISM)部门是915 MHz和245 GHz (20.]。这些频率是由国际协议选择最小化干扰通信服务。

微波加热是偶极子之间的相互作用的结果在材料和电磁场。偶极子上有不规则的没有一个电磁场(图保持一致1(a))。如数据所示1(b)和1(c),材料应用微波辐射时,偶极子在微波领域尝试调整自己与快速变化的字段(2.4×10⁹每秒2.45 GHz的频率)[21];这个运动产生摩擦,因此使他们热身(22]。

一般来说,微波传播,反射或吸收取决于材料的介电性能(图2)[23]。介电常数( )和介电损耗因子( )通常被用来描述材料的介电性能,和这两个参数可以包含复杂的介电常数( )在以下表格24]:

介电常数( )反映了材料储存电磁能的能力,和介质损耗因子( )是储存能量的耗散为热能。

当辐射异构介电性能的材料,微波可以选择性地加热吸附阶段,同时通过透明的阶段。它验证了煤的有机组成部分出现透明的微波和低介电常数,而偶极子(即。、水分和矿物质包括黄铁矿)有较高的介电常数(例如,水在25°C)达到78.54 (25),导致热应力材料具有不同介电常数的区别。

近年来,微波加热在煤炭干燥也备受欢迎,脱硫,热解,研磨,煤层气20.,26- - - - - -29日]。在这些领域的研究结果,研磨和煤层气表明微波治疗会导致新裂缝的形成,促进煤炭质量的原始裂纹的扩张(30.]。此外,Marland et al。31日)和莱斯特et al。32]表明,整体效果煤热值的微波辐射和化学特征是最小的,尤其是高功率的情况下,短时间内,因此对煤炭工业应用的影响被认为是微不足道的。

目前,大多数研究主要集中在裂缝的形成机理和演化特征和裂缝的形成和发展,将不可避免地改变煤炭质量的机械性能。然而,人们却很少关注致力于机械性能和物理现象(声发射、波速和电磁辐射)的煤炭质量被微波加热。这些结果是非常重要的在机械应用微波辐射改性煤与责任。

本研究的主要目的是评估的可行性创新技术削弱破裂通过微波辐照煤炭质量的责任。摘要原始和用水浸煤样本选择微波加热,和一套集成诊断技术,包括机械测试系统(MTS)以及声发射(AE),是用来监控机械性能的变化特征和物理现象。此外,微波治疗前后煤样破坏特征的基础上进行了观察和分析。之后,一个微波削弱破裂责任的工程应用方法提出了煤炭。

2。实验材料和方法

2.1。煤的准备样品

本研究中使用的所有煤炭样本来自煤矿在山东,中国。共有12个试件尺寸的50 mm×50 mm×100毫米准备和测试。煤层破裂责任的测试结果列在表中1。

2.2。实验的程序

实验过程如图3,固体黑色和虚线箭头指定实验序列,而红色箭头表示实验监测过程。黑色虚线代表了原煤样品,指煤炭样本没有任何治疗,CGN和CGY前后微波加热。实线代表用水浸煤煤样样品,指的是煤样在水中浸泡24小时在真空筒,名叫HSN和好微波加热前后,分别。上述四组包含三个煤样(即CGN1-1 CGN1-2和CGN1-3)。在一个实验中,煤的水分含量测定样品,和加载过程与AE监测和高速摄像机同步。

2.3。微波加热系统

微波加热是在特殊的微波设备进行他南鑫航提供的微波科技有限公司,有限公司,中国可调权力在2.45 GHz(见图3(b))。两个微波的微波设备包括发电机,两个矩形波导谐振腔和控制系统。微波功率是1千瓦或2千瓦,这是可选择的。在这项研究中,所有煤炭样本加热120年代的微波设备1千瓦的电力。

2.4。加载和监测系统

所有煤炭样本测试电液伺服材料试验系统(MTS-C64.106)。3×10的恒定位移速率⁻²采用mm / s在这个研究所有测试标本(见图3(d))。从物理声学PCI-2 AE系统公司(PAC)是应用在这个研究。监测设备的主要特点是,它可以在实时获取AE瞬态波形,波形处理和实时AE事件的位置。如图4,8个传感器(R15a)对称固定在AE信号采集的煤样,工作频率100 - 400千赫。每个传感器都配有2/4/6c前置放大器类型。NAC数字高速摄像机(GX-3)是用来记录的加载过程煤样品,超高光敏性,21.7μm像素,高动态范围。此外,帧率可能达到198000帧/ s。在这些实验中,帧速率是每秒4000帧(fps)和分辨率为1024×768。测试设置和仪器可以在图中找到5。

2.5。AE数据采集配置设置

噪声检测阈值被设定为35 dB的考虑的背景噪音。确保准确的数据采集,峰值时间(PDT),定义了定义时间(热变形),达到锁定时间(停止)设置为50,200和300μ年代,分别5]。同时设定在40 dB前置放大器放大,而采样频率是2 MHz。声波传播的速度通过煤样通过声学特征矩阵确定测试。此外,声发射事件监控与声波的到达时间的差异。在本研究中,凡士林用于夫妇AE传感器有效到煤炭样本。

3所示。结果和分析

3.1。责任和波速的变化特性的煤样品微波加热前后

3.1.1。指数爆炸责任

煤样品进行微波加热的敏感性和煤样的拒绝力量很难精确控制到75%到85%的水平在循环荷载作用下的极限荷载。因此,弹性应变能的计算(W_等)是容易出现大的错误。根据不同的失效模式,人为主观因素影响的持续时间的计算动态断裂(D_T)。因此,破裂能量(K_E)和单轴抗压强度(钢筋混凝土),更可靠,被选作比较分析。图6说明了完整的应力-应变曲线的典型煤样单轴压缩下。较低的应力-应变变化规律是一致的峰值分散,导致高可靠性和最小误差进行数据分析。表2列出了破裂责任指数、波速和含水率测试煤样品微波加热前后。清晰的比较分析,每组的均值和标准差数据绘制在图7供参考。

从表可以看出2,最大、最小和平均值的UCS原煤样品微波(CGN) 11.54 MPa之前,10.93 MPa,分别和11.35 MPa。是略高于指定的值在破裂责任鉴定。最大、最小和平均值的破裂能量(K_E)分别为6.54、4.02和5.02,分别。平均值几乎一样的破裂识别结果规定的责任。都属于“强烈爆炸责任”类。

UCS和破裂能量下降了73.74%和64.54%,分别与平均值为2.98 MPa和1.78倍的原煤样品暴露于微波加热(CGY)。破裂的相应类责任减少从“软弱”和“强”到“没有”和“弱”(图7)。因此,破裂的责任CGY明显减少,甚至水平“不破裂责任。”

UCS和破裂能量的平均值用水浸煤炭样本在微波加热(小企业)9.10 MPa和4.10,分别。值与CGN相比,下降了19.82%和18.33%。它表明水入侵显著削弱的影响煤的力学性能,同意与这些发现的其他调查人员7]。然而,值得注意的是,减少被限制在这个调查。当用水浸煤样品被微波辐照(公司),UCS和破裂能量指数分别下降了46.70%和32.22%,分别。UCS值从“弱破裂责任”降低到“没有破裂责任”,而破裂能量价值仍表示“弱破裂责任”虽然是大大减少。

关于小分散UCS,破裂责任生或用水浸煤样品表现出显著下降从“软弱破裂责任”与微波辐射“没有破裂责任”。破裂能量色散高于UCS,特别是在煤样在微波加热。主要原因是煤炭样本显示预期的脆性特征,并仍有多个峰值和能量积累过程(stress-rising阶段)postpeak阶段。从能量的角度积累和消散,爆炸能量的实际价值不同于理论价值,导致更高的分散。

3.1.2。波速

不同波速表示的外部表现的异质性在煤岩体。密集的材料,弹性波传输效率越高,波速越大。相反,如果媒介是松散和均匀,弹性波会出现折射,分散,削弱当通过接口不同的媒体。因此,随之而来的能量耗散过程中降低了波速。

微波加热后,煤样的波速降低,和原始的平均速度和用水浸煤样品下降了55.86%和33.83%,分别。这表明,裂缝在煤炭样本更发达。此外,原煤样品的平均波速略有下降7.85%后浸在水里。这一结果与先前发表的情况相符的结果(33]。因此,代替破坏性试验、波速可以作为监测参数测试现场疲软的影响。

3.2。轴向压力和轴向应变之间的关系

尽管破裂责任指标能够反映出煤样的力学特性,他们都是基于应力-应变曲线。微波辐射的影响应该进一步研究煤炭样本来获得一个更好的低估的观察。因此,5独特的开发过程阶段的裂缝(裂纹闭合、弹性变形、稳定裂纹扩展,不稳定裂纹扩展,和postpeak失败)可以确定在这些曲线(34]。相比之下,典型的煤样的应力-应变曲线每组选择,绘制在图8。这表明煤炭样品的弹性模量下降后微波加热。在这项研究中,我们使用了平均模量,弹性模量(35];假设strain-stress公式的形式σ=f(ε),弹性模量可以从以下方程: 在哪里E弹性模量,ε₁和ε₁代表开始和结束位置的应变在弹性阶段,分别f(ε₁),f(ε₂)代表的压力相同的开始和结束位置,分别。

在初始加载阶段,所有煤炭样品的应力-应变特征在微波加热(CGN和HSN)是凹的。随后的线性段描述长光滑和弹性阶段,陡坡,符合的裂纹闭合现象发生在弹性阶段。生的平均弹性模量和用水浸煤样品GPa 1.01和0.81的绩点,分别。图8表明,在煤炭样品的应力-应变曲线的峰值在微波加热(CGN1-1和HSN2-3)。很明显,在峰值应力应变较大,大量的弹性能量积累峰值之前。后的应力-应变曲线峰突然下降,成为近似线性。此外,大型压力下降后发生高峰,在小应变增加,表明裂纹迅速扩展和释放的能量积累峰值之前,和煤的样品表现出脆性行为。此外,这样的压力下降可能会导致矿井地震,导致累积破坏巷道附近的岩石。

煤炭样品的应力-应变特性的初始部分微波加热后(CGY和好)表现出较短凹阶段,在弹性阶段和线性环节不光滑,长了一个温和的斜率。与此同时,裂纹闭合和弹性变形阶段之间的界限并不容易辨别的。这些变化是由更多的微裂隙被微波加热和裂纹扩展而引起一些轴向加载下封闭。根据方程(1),原始的平均弹性模量和用水浸GPa 0.42和0.57的绩点样品,分别。这些显示减少58.42%和29.63%,在微波加热。之前积累的能量峰值下降减少峰值应力和应变,和postpeak曲线逐渐降至残余强度。此外,曲线显示较小的应力减少在一个更大的应变范围内,导致压力下降的斜率是温和的。因此,岩石破裂的潜在发生减少煤炭质量时暴露于微波辐射。

3.3。声发射特征

3.3.1。声发射参数的变化特征

声发射(AE)被认为是最直接的方法之一来研究mega-damage演化的岩石在加载失败。在这个研究中,我们关注的特征能量释放的煤样品微波加热在加载之前和之后。结果,事件,以及事件计数和能量被数的计数(见表3)。

根据事件的记录数,高能事件的信号可以收到4或更多AE传感器。这个过程是类似的事件与微震监测系统监测煤炭样品暴露在微波辐照,微裂隙增加,部分微裂隙扩张引起的振动信号很弱。他们不是足够强大4 AE传感器接收,因此计数被用于统计,类似于AE信号监测监控系统现场。

煤矿很容易受到高能事件引起的动态加载。因此,实际上显著减少大型能源活动的频率,防止现场岩石破裂的发生。分析高能事件微波加热前后的变化,额外的统计记录的高能事件计数值和“b价值”决定从计数数据。

图9显示事件的发生频率和能量的比例在每个时间间隔。虽然事件的比例相对较低的两个间隔(1 e4-1e5] (1 e6, +∞),释放的能量的比例很高,甚至超过70%。图9(一个)使比较的频率记录CGN和CGY之间。大型能源活动的频率比例(1 e5, +∞) CGY远远小于CGN的。同样,能源比例的大事件(1 e6, +∞)的CGY同样低。此外,一个有趣的现象是来自图9(一个)低能量的频率比例事件(0-1E2] CGY的低。这一现象被认为是归因于微裂隙的扩展,当样品被微波辐射加热。这是类似于原始的低能事件单轴载荷作用下。

”的解释和物理意义b价值观”已经被地震学家广泛研究[36]。的b值反映了高震级地震的比例相对较小的地震。因此,更多的larger-magnitude事件产生一个更小的b值(37]。在岩石力学性能测试、微裂隙的生成或扩张将弹性波,类似于地震。在AE应用程序中,峰值振幅代替米Gutenburg-Richter法律,一个方程广泛用于混凝土裂缝和岩石力学领域如下:

图10介绍了AE撞击的频率和振幅之间的关系(即。,高于35 dB)的阈值。不管煤样品暴露在微波辐照与否,AE支安打的35 - 40 dB是最大的振幅,随后随振幅增加而降低。也是值得注意的AE连接次数CGY超过CGN的相同的间隔。图11说明了相关结果AE CGN的热门电视剧和CGY方程(2),的值b三个煤样的CGN CGY系列分别为1.1349,1.1630,1.1241和1.2548,1.1819,1.2475,平均值分别为1.1407和1.2281。它同样明显的是,b价值的煤炭样品暴露于微波辐射增加,而高能冲击的数量的比例下降。

3.3.2。应力-应变关系曲线,累计AE,和事件

图12介绍了AE事件和热门的整体记录发生在整个加载过程中煤炭样本。基于累积的各种特性曲线的分析AE事件和热门的CGN和CGY(以CGN1-1和CGY2-2为例),曲线由三个不同的阶段:oa, ab, bc。“办公自动化”代表了初期较低利率上升,“ab”代表更高的利率上升的阶段,和“公元前”代表最终的多步上升阶段。

不管煤样品暴露在微波辐照与否,AE事件的累积曲线和煤的样品分为三个阶段,正如上面所讨论的。,CGN的“办公自动化”阶段是指裂缝闭合阶段的应力-应变曲线,所代表的“ab”阶段的弹性变形阶段,和“ob”阶段占整个曲线的很大一部分。“公元前”阶段显示从弹性变形阶段转移到亚稳态裂纹扩展阶段,也就是说,通过点b,AE事件和热门开始逐步增加,和步骤的大小逐渐增加。然而,点“a”、“b”累积曲线的AE事件和热门CGY左移,如图12。即“ab”阶段的比例减少,和“公元前”阶段的比例更占主导地位。这些变化表明,煤样品已进入一个稳定裂纹扩展阶段更快的单轴荷载作用下由于微裂隙或扩张引起的微波加热。因此,弹性变形阶段是缩短。应该注意的是,实际点的位置c在图12(一个)应该接近峰值应力(即。,the actual proportion of “bc” stage should be higher) because the CGN1-1 suddenly ruptured and vibrated when the stress approached the peak stress. Its sound was so audible during this failure process that some AE sensors fixed around the CGN1-1 were loosened or even dropped due to vibrations, and the subsequent vibration signals were not received. However, these should be events and hits near the peak stress, judging from the sound and stress drops.

也有不同的步长变化的“公元前”阶段煤样品微波加热前后,特别是与原煤样品。煤炭样品暴露于微波辐射时,步长,在事件或支安打,显著降低。这些更统一的“公元前”阶段,和“公元前”阶段的一部分倾向于线性发展。换句话说,裂纹扩展速度和裂纹尺寸煤样品进行微波辐射变得相对统一。因为能源是统一发布,大裂缝的快速故障很少发生。此外,一步“公元前”阶段的变化的累积AE点击率曲线CGN1-1高度一致,在累积曲线和AE事件定位接近峰值较高的一致性。它表明,裂纹扩展和断裂的煤样在微波加热经常产生高能事件,而微波加热后的煤样例生成主要是低能的事件。

3.3.3。AE事件的特点

注意,振动信号从AE事件接收到至少4 AE传感器在这个研究。当使用这样的AE事件定位结果分析煤或岩石断裂,有必要考虑位置错误,和PCI-2 AE采集系统有其误差评价指标“q”;——“摔倒事件的相关性,”“q”的值越接近1,结果越准确的位置。表4显示了q值的统计结果AE事件在煤样单轴压缩试验中,除了煤炭样本CGY2-3。q值对于其他煤炭样本大于0.9,占75%以上,而q值都大于0.7,占90%以上。这些表明,AE事件位置准确、可靠。目的保证定位的准确性和分析结果,评价指标的错误问本文提供的事件是大于0.7。

图13显示的空间位置及平面投影CGN1-1和CGY2-2 AE事件。CGN1-1 AE事件显示集群现象,而CGY2-2 AE事件的空间分布相对均匀。原因是微裂隙增加微波加热后的煤样,和微裂隙渗透彼此为煤样单轴压缩试验,这样煤炭样本摧毁了统一,不仅在一些特定的位置。如图13,AE事件的数量和能量大于1 e5aj(红色和红色球体)CGN1-1 CGY2-2远远不止于此,而没有AE事件能量小于10 CGY2-2 aj,与部分的分析结果一致3.3。1。

3.4。Postpeak失效模式

岩爆失败的本质是不同形式的相互转换的能量在煤炭样本。外部负载超过强度极限时,煤炭样本将释放能量以动能的形式从小型煤碎片。图14介绍了单轴加载过程CGN1-1和HSN2-3(煤样在微波加热),表明相对强劲的爆炸责任和脆性特征导致小煤碎片被驱逐。特别是,原煤样品在微波加热(CGN1-1),更大的煤炭块几厘米被红牌罚下,几个AE传感器立即摆脱,伴随着一声响亮的声音。

煤样单轴压缩下的失效过程可分为三个阶段,包括启动、传播、和微裂隙的聚结。大量微裂隙的集体行为是一种特殊的法律。图15显示了真正的图和原理图的裂缝CGN1-1 CGY2-2。红色实线代表了裂缝的原理图。中风的不同宽度表明裂缝的宽度,和蓝色的虚线表示损伤区。这些裂缝出现的共同特征的postpeaking阶段CGN1-1和CGY2-2(微波加热之前和之后),沿着一个或多个纵向裂缝裂缝突破。所不同的是,有小CGY2-2的横向裂缝之间的纵向裂缝。从裂纹扩展中观察到的声音很软弱,伴随着小煤下降而不是弹射。

从图可以看出16大部分的煤炭样品在测试平台上保持相对积分状态后测试。煤炭样品的运动期间,煤炭样品的最终失效模式在微波加热(CGN)保持不变,与大型破碎的程度(图(16日))。当煤样品微波加热后(CGY)从测试平台,整个煤炭样本容易崩溃,甚至显示内部故障,用一个小破学位(图16 (b))。也表明,大量微裂隙形成的微波加热煤样的破坏造成的。微波加热在单轴压缩试验后,煤样品完好无损测试平台主要是由于碎片之间的摩擦。但一旦有点不安,煤炭样本作为一个整体倒塌。

4所示。讨论

4.1。煤样的弱化机制破裂责任受到微波辐射

机制的理解、预测和控制岩爆灾害相关的三个主要挑战。岩爆的预防和控制需要有效地减少煤炭的破裂责任。破裂的工程应用方法削弱责任煤的微波辐照会仔细介绍了。根据许多学者在该领域的研究成果研磨和煤层气,微波辐照引起裂纹的萌生和扩展。已经减少的结果验证了煤样品微波加热后的波速。然而,尚不清楚这些裂缝如何改变了机械性能和物理现象的煤炭质量。本文结果表明,原始的单轴抗压强度和用水浸煤样品微波辐照后下降了73.74%和46.70%。此外,破裂能量指数下降了64.54%和32.22%,分别。从这两个参数,破裂的责任原煤样品下降了一个等级。根据这些证据,我们可以得出结论,当煤被微波辐照,微裂隙的增加和扩张可以减少破裂的煤炭质量责任。

新裂缝的数量和大小的裂缝扩张煤炭受到微波辐射取决于材料之间的热应力差异与不同的介电常数(无机和有机物质)。热应力的不同不仅取决于选民的敏感性煤的微波还取决于微波的功率和时间。微波功率越大,越短的时间和更大的热应力的差异。与此同时,相变引起的微裂隙的发展内在水分(从液体到气体)在煤炭质量是不容忽视的31日]。虽然煤的介电特性增加随着含水率的增加,含水量越高加强了微分热(38),热应力的差异不会增加无限随着水分含量的增加在某些微波功率,和高水分含量在微波加热也会影响相变的内在水分(短时间以秒为单位)。

如前所述,当煤炭样本加热120年代的微波设备1千瓦的电力,它减少了破坏等级责任指标用水浸煤样品(含水量2.68% - -2.99%)的不如原煤样品(1.75% - -1.80%)。李等人。23]研究了煤的渗透率变化在微波辐照对不同含水饱和度条件下,显示8 kW功率时,含水率达到6%,导热增强,但渗透率降低。这个观察也表明,一定的微波功率与合理的含水量范围内,实现最优的活动减弱的影响煤与责任。能量释放,一个强大的能源事件将成为几个媒介事件。

启动和扩大微裂隙形成的微波辐射不仅可以影响煤样的力学性能也能量释放的特点在单轴压缩试验。结果显示高能事件和AE支安打的比例与大型煤炭样本时受到微波辐射降低了。尽管微波加热对大型裂缝的扩张几乎没有影响,裂纹的萌生和扩展是很重要的,这使得大型裂缝的整体样本被摧毁到多个规模较小的裂缝。能量释放,高能事件变成了几个低能事件。

考虑到实验结果的讨论是基于设备1千瓦的微波功率和加热时间的120年代,仍然需要进一步的研究来优化破裂责任和声学排放在其他大国和时间条件下煤的样品。此外,更多的煤炭样品用不同的含水量也应该被测试。

4.2。工程应用的前景削弱煤质量的微波辐射

在微波领域的采油和煤层气,微波加热injection-assisted提取和增透被广泛研究31日]。该方法需要使用天线传输微波辐照油藏油井或水井和煤层。基于先前的研究中提出的概念,我们提出了一个方法,微波削弱煤层破裂岩爆的预防责任。

有两种主要方案的工程应用方法。一个是现场修改煤层破裂责任。在这种情况下,从表面或地下洞可以钻nonimpact-prone煤层没有破裂的煤层破裂责任责任然后将天线沿钻孔到微波加热的煤层。另一种方案是使用现有的钻孔(如大口径卸压孔)在煤层破裂责任,可提前积极降低煤层的强度和扩大现有的卸压范围。这种方法主要适用于较硬煤层(f≥3)。这两个方法可以验证减压的效果通过测量相邻孔之间的波速。微波加热在地下更危险比在地面上,所以有必要装备相关井下传感器监测气体和温度。与此同时,微波辐射防护净可以安排在附近的巷道煤壁钻孔,以避免影响人类健康。

5。结论

验证的可行性创新技术在削弱破裂的责任通过微波辐照,煤层综合实验室检测的应用进行了声发射(AE)。根据讨论实验测试,可以得出以下结论:(1)破裂的责任两种类型的煤样的人数明显减少,证据是UCS和破裂能量指数下降。尽管原煤样品的破裂责任降低了一个等级,用水浸煤炭样品的破裂责任仍在“弱破裂责任”级;(2)高能事件的减少根据事件计数,计数的统计分析是其他证据来验证微波辐照的有效性;(3)破裂的可能性失败的煤样品微波加热后大大减少从积累和能量耗散的角度(降低弹性模量、峰值应变和应力降postpeaking阶段)。(4)受到微波加热的处理,测试煤样的裂纹扩展速度和大小相对均匀,相互验证的统一活动空间分布和完全破碎煤样品。

请注意,本研究的主要目的是验证治疗煤的可行性和样品破裂责任。只有单一煤层被调查。然而,进一步的研究等煤层围岩的屋顶和地板前应该进行实践应用。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究是由中国国家自然科学基金资助(没有。51764050)和基础研究基金为中央大学(没有。2017 cxnl01)。