受载煤岩电阻率变化的实验研究1.pdf

http://www.paper.edu.cn受载煤岩电阻率变化的实验研究1王云刚王恩元李忠辉刘贞堂刘晓斐中国矿业大学能源与安全工程学院江苏徐州（221008）摘要：阐述了国内外学者对岩石在单轴压缩条件下电阻率的实验研究及其规律。采用具有冲击性倾向的煤样在压力实验机上进行了单轴压缩实验测试了煤样破坏过程的电阻率变化随压力增加的规律。实验结果表明：实验曲线整体上大致成“凹”型曲线；煤样电阻率随压力增加逐渐减少当达到破裂应力值的一半左右时电阻率达到最小值；继续加载电阻率将升高直到出现第一次主破裂；煤样出现主破裂后在继续加载的情况下电阻率会继续升高甚至会超出电阻率测试仪的量程直到完全失稳。这充分说明受载煤岩的电阻率变化与其破裂过程中的裂隙形成、发育和扩展密不可分对于冲击型的煤岩动力灾害预报有着较大的理论意义和应用前景。关键词：冲击倾向性煤岩；电阻率；单轴压缩；裂隙0.引言电阻率是岩石一个重要的电性参数有关岩石电阻率受载破裂过程中的电阻率变化的实验研究及在应用岩石电阻率变化预报地震和瓦斯突出方面国内外学者作了大量的工作。BraceandOrange应用电阻率二极法测量水饱和火成岩和沉积结晶岩被压裂到破裂时电阻率的变化得出其减少量达一个数量级大部分变化发生于超过破裂应力一半时于是Brace和Orange提出测量岩石电阻率可以揭示岩石破裂过程的细节并在较大程度上发出临震警告[1]。帕尔霍敏柯和邦达连柯观测到辉绿岩、玄武岩和橄榄岩在单轴压缩应力下电阻率减少5％—30％其应力远在破裂应力的一半以下。Dokoupil等1967年报告了单轴应力对电阻率影响的某些测量结果（1MHz）。这些岩石是干燥的对约1kbar的压力花岗岩减少80％辉绿岩减少40％[2]。山崎良雄实验证明了特殊凝灰岩的应变有异常的电灵敏度也观测到岩石电阻率随应力产生变化[3]。陈大元、陈峰、安金珍[4]-[9]等做了单轴压缩、低围压三轴压缩、剪切和二维约束的单轴压缩下岩石电阻率变化的实验研究得出了有补给水实验和无补给水实验电阻率变化整体形态相似且电阻率变化出现明显的方向性；以及岩石视电阻率变化最大的各向异性主轴方向与岩石的主破裂方向基本一致的结果。郝锦绮[10][11]等在岩石单轴压缩过程中应用层析成像法重建其内部真电阻率分布的图象探讨了岩石电阻率明显变化的机理。重庆大学杜云贵[12]等研究了南桐煤的导电性质重庆煤科院[13]对分布于全国8种不同变质程度的煤进行了电阻率和介电常数的测定中南大学何继善[14]等建立了瓦斯突出煤体电性参数观测系统研究了突出煤体的导电性质。煤岩作为一种特殊的岩石电阻率也是它的一种重要电性参数。目前在受载情况下其电性参数变化的实验研究较少。基于此本文对有冲击倾向性的煤岩进行了单轴压力实验且研究其电阻率的变化规律这对利用电磁辐射技术和电阻率变化预测预报冲击矿压、顶板来压等煤岩动力灾害有着重要的意义。1.受载煤岩电阻率测试实验1.1样品1本课题得到国家自然科学基金（项目编号：50204010）、国家自然科学基金仪器专项（项目编号：50427401）；国家“十五”科技攻关计划（项目编号：2005BA813B-3-09）、国家973计划（项目编号：2005CB221505）的资助。-1-http://www.paper.edu.cn实验用的4个煤样均采自甘肃砚北煤矿二水平2502采区250205上工作面煤样的平均单向抗压强度为10.58MPa煤样平均动态破坏时间为243ms平均弹性能指数为8.06平均冲击能指数为5.41对比《中华人民共和国行业标准》MT/T174-2000该工作面煤样具有强冲击倾向性。实验煤样为圆柱状其长度分别为