受载复合煤岩变形破裂多场耦合模型研究

摘要

煤岩动力灾害是煤岩体在外界应力作用下在短时间内发生的一种具有动力效应和灾害后果的现象，是一种极其复杂的动力现象。煤岩变形破裂过程中产生的电磁、红外辐射可有效快捷预测冲击地压、煤与瓦斯突出等动力灾害，实现非接触式连续动态预测。主要研究成果如下：
　　本文为了进行复合煤岩体变形破裂多物理场耦合模型的研究。自主研发了电磁辐射采集系统并制定了满足项目要求的试验方案。对电磁辐射强度信号、电磁辐射脉冲数信号与应力的变化规律进行深入分析，分析发现三者具有较高的耦合性。进行了电磁辐射强度与电磁辐射脉冲数、电磁辐射强度与应力的相关性研究，结果表明拟合度较高，前者的线性相关系数可达到0.9以上，后者的线性相关系数可达到0.8以上。对复合煤岩红外辐射温度与应力变化规律进行对比分析，发现同样具有一致性。对煤表面红外辐射温度与应力应变、顶板岩表面红外辐射温度与应力应变分别作了相关性研究，结果表明拟合度较高，线性相关系数均可达到0.9以上。在复合损伤因子的基础上，建立受载复合煤岩破裂力电热耦合模型并验证模型。结果表明考虑热损伤后，模型精确度得到提高。采用 ANSYS有限元软件进行了力电耦合场、力热耦合场的仿真研究。其中力电耦合场的仿真研究，压电效应表明受载复合煤岩压密阶段没有压电效应贡献，弹性阶段和弹塑性阶段的压电效应表明压力与感应电荷的产生成线性关系；磁场分布仿真表明模型表面处的磁场强度最强，磁场强度与感应电荷的变化成正比。理想均匀分布的磁场没有方向性；力热耦合场的仿真研究表明，摩擦生热效应反应了裂隙处的摩擦生热变化规律，温度的变化与应力的变化成正相关关系，总结以上仿真结果均符合实验结论。
　　论文研究成果对于进一步深入揭示煤与瓦斯突出等动力灾害演化机理，完善煤与瓦斯等煤岩动力灾害预测方法及保障煤矿安全生产具有重要的理论意义和实际应用价值。

目录

声明

致谢

1综述

1.1研究的目的及意义

1.2国内外研究现状

1.3技术路线及可行性

1.4本文主要研究内容

2基础理论

2.1电磁辐射基础理论

2.2多物理场理论综述

2.3本章小结

3受载复合煤岩变形破裂多参数采集系统研究

3.1自主研制的电磁辐射采集系统

3.2红外温度采集系统

3.3试验方案

3.4本章小结

4受载复合煤岩变形破裂力电热变化规律研究

4.1电磁辐射强度试验结果分析

4.2电磁辐射脉冲数试验结果分析

4.3电磁辐射相关性研究

4.4红外辐射试验结果分析

4.5红外辐射相关性分析

4.6弹性模量的测定结果

4.7本章小结

5受载复合煤岩变形破裂多场耦合模型研究

5.1力电耦合模型

5.2力电热耦合模型

5.3耦合模型验证

5.4多物理场耦合仿真模型研究

5.5本章小结

结论

参考文献

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