受载含瓦斯煤体电性参数的实验研究

受载含瓦斯煤体电性参数的实验研究

我国是世界上煤与瓦斯突出灾害最严重的国家之一，突出多发生在石炭—二叠系煤层。煤与瓦斯突出发生区域是构造煤发育区和瓦斯富集区的叠加区。研究表明，在 煤与瓦斯突出孕育过程中，地质构造异常带和应力集中区的电性参数（主要指电阻率和介电常数）会发生明显变化，从而引起电磁场的空间分布规律发生显著变化。 因此，研究含瓦斯煤体的电性参数变化规律对于探明构造煤发育区和瓦斯富集区，预测煤与瓦斯突出的发生具有重要的指导意义。 本论文依托国家自然科学基金-受载含瓦斯煤岩体低频电性参数特征研究（50904024），在借鉴前人已有研究成果的基础上，基于矿山岩石力学和地电学理 论，建立了含瓦斯煤体低频电性参数测试的实验系统，选择有代表性矿区的不同类型煤样作为研究样品，测试了不同变质程度和不同结构类型不含瓦斯煤体、煤体吸 附瓦斯过程中、含瓦斯煤体受载变形破裂过程中电性参数的特征差异和变化规律；同时，对研究样品的工业成份分析、孔隙结构、煤岩组分等进行了实验测试。结合 煤岩学、电介质物理学、瓦斯（煤层气）地质学等学科理论，分析了瓦斯、应力、煤岩组构成分、煤岩微观结构、测试频率等对受载含瓦斯煤体在变形破裂过程中的 影响机理。 通过实验室测试分析和理论研究，本文取得了以下主要进展： （1）不受载荷条件下，原煤的电阻率要小于型煤，介电常数大于型煤。含瓦斯煤的电阻率和介电常数随着对瓦斯吸附量的增加，分别呈负相关和正相关关系，并在 达到瓦斯吸附状态后，电性参数趋于稳定； （2）在三轴压缩条件下，含瓦斯煤的电阻率和介电常数数在煤样达到瓦斯吸附平衡状态后，随着应力增加，分别继续以负相关和正相关关系发生变化，而鹤壁贫瘦 煤的电阻率出现了随着应力得增大而增大的异常关系；在三轴压缩过程中，原煤的电阻率要远小于型煤，介电常数大于型煤；高变质程度的无烟煤的电阻率要小于鹤 壁贫瘦煤的电阻率，介电常数无烟煤要高于贫瘦煤； （3）频率和电性参数成反比关系，频率越低，电性参数越高，频率越高，电性参数越低；瓦斯压力和电阻率呈负相关关系，和介电常数成正相关关系，瓦斯压力越 大，电阻率越小，介电常数越大，瓦斯压力越小，电阻率越大，介电常数越小。煤对瓦斯中不同成分的吸附能力不同，不同成分的吸附对电性参数的影响程度不同， 煤体分别在含CO2、CH4和N2条件下，对电性参数的影响程度逐渐减小； （4）各个矿区的煤样随着浸水时间的增加，电阻率逐渐减小，介电常数逐渐增大；煤体中的矿物质对电性参数的影响程度各有不同，实验煤样的矿物质中，高岭石 对电性参数的影响要远大于以石英、方解石等矿物质对煤体电性参数的影响；煤体的孔裂、裂隙对煤体的电性参数影响较大，原煤的结构致密，裂隙较少，和型煤相 比，电阻率较小，介电常数较大。