含水量对煤岩电阻率特征的影响.pdf

第 4 1卷 第 8 期 2 0 1 5 年 8月 工矿 自 动 化 I ndu s t r y a nd M i n e Aut o ma t i on V0 l _ 4 l NO ． 8 Au g．2 0 1 5 文章 编 号 1 6 7 1 许 昭勇 ， 宋 大钊 2 51 X 2 01 5 08 0 0 7 20 5 ，王 恩元 ， 等． 含 水量 对煤 岩 电 DOI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 卜2 5 1 x ． 2 0 1 5 ． 0 8 ． 0 1 8 阻率特征的影响E J - ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 5 ， 4 1 8 7 2 7 6 ． 含水量对煤岩电阻率特征的影响 许 昭 勇 ， 宋 大钊 ， 王 恩元 。 ， 邱黎 明 1 ． 中 国矿 业大 学 安全 工程 学 院 ， 江 苏 徐州2 2 1 1 1 6 ； 2 ． 煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室，江苏 徐州 2 2 1 1 1 6 ； 3 ． 永城煤电集团有限责任公司 技术与信息中心 ， 河南 永城4 7 6 6 0 0 摘 要 通 过建 立的 受载煤 体 电 阻率 实时监测 系统 ， 测试研 究 了 自然原 煤试样 及 不 同含 水量 原煤 试样在 单 轴 压缩破 坏过 程 中电阻率 实时 变化特征 规律 ， 并 分析 了该过 程 孔 隙率对 电 阻率的 影响 。测试 结 果表 明 ， 自然 原 煤试样 在破 裂破 坏 产生 大尺度 裂纹 时 电阻率 急剧增 加 ， 含 水 原煤试 样在 破 裂破坏 时电阻 率虽然 也有 增加 ， 但相 比于 自然原煤试样更平缓 ； 含水原煤试样的孔隙率对破坏过程 中电阻率的变化有显著影响， 在含水原煤 试样 剧 烈破 坏 前 电 阻率 变化 与孔 隙率 变化基 本 呈 负相 关 关 系。 关键 词 煤岩 动 力 灾害 ；电 阻率 ； 煤 体含 水 量 ；孔 隙率 ；单轴 压缩破 坏 中图分类 号 TD 3 1 5 文献标 志码 A 网络 出版 时间 2 0 1 5 - 0 7 3 1 1 5 3 6 网络 出版 地址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 5 0 7 3 1 ． 1 5 3 6 ． 0 1 8 ． h t ml 2． Ef f e c t o f mo i s t ur e c o n t e n t o n r e s i s t i v i t y o f c o a l o r r o c k XU Z h a o y o n g 。 S ONG Da z h a o 一， W ANG En y u a n 一， QI U l ami n g Sc ho o l o f Sa f e t y Eng i ne e r i ng， Chi n a Un i ve r s i t y o f M i ni n g a nd Te c hn ol o g y，Xuz h ou 2 2 1 1 1 6，Chi na Ke y La bo r a t o r y o f Ga s a n d Fi r e Con t r ol f o r Coa l M i ne s ．M i ni s t r y o f Edu c a t i on，Xuz ho u 2 2 1 1 1 6， Chi na；3． Te c h no l o gy a n d I n f o r m a t i on Ce nt e r ，Yo ng c h e n g Coa l a n d El e c t r i c i t y Ho l d i n g Gr o u p C o． ，L t d． ，Yo n g c h e n g 4 7 6 6 0 0，Ch i n a Ab s t r a c t By e s t a bl i s hi ng r e a l t i m e m o ni t o r i ng s y s t e m of r e s i s t i v i t y v a r i a t i o n r e gu l a r i t i e s o f l o a d e d c o a1 ．r e a l t i m e r e s i s t i vi t y v a r i a t i on l a w o f n a t ur a l r a w c o a l s a mpl e s a nd r a w c oa l s a m p l e s wi t h d i f f e r e n t mo i s t u r e c o nt e nt i n un i a xi a l c o m p r e s s i v e f a i l u r e pr oc e s s wa s t e s t e d a n d s t u d i e d，a nd t he e f f e c t o f po r os i t y o f t he pr o c e s s o n t he r e s i s t i v i t y wa s a na l y z e d．Th e t e s t i n g r e s u l t s s ho w t ha t r e s i s t i v i t y of n a t u r a l r a w c o a l s a m p l e s i n c r e a s e s dr a ma t i c a l l y wh e n a l a r ge s c a l e d e s t r uc t i o n of r up t ur e c r a c k，a l t ho u gh r e s i s t i v i t y o f r a w c oa l s a mpl e s wi t h d i f f e r e nt m o i s t ur e c o nt e nt a l s o i nc r e a s e s du r i ng b ur s t da m a g e， bu t c ompa r e s t o t he na t ur a l r a w c o a l s a mpl e s i s mor e ge nt l e； po r os i t y o f r a w c oa l s a mpl e s wi t h mo i s t u r e c o nt e nt h a s a s i g n i f i c a n t i mpa c t o n r e s i s t i v i t y c ha ng e i n da m a g e p r oc e s s ， r e s i s t i v i t y a nd po r os i t y c ha ng e o f r a w c o a l s a m p l e s wi t h mo i s t ur e c o nt e nt i s ne ga t i v e l i ne a r c o r r e l a t i o n be f o r e s e v e r e da m a ge． Ke y wo r ds c o a l a nd r o c k d yn a mi c c a t a s t r o ph e s；r e s i s t i vi t y；c o a l m o i s t u r e c o nt e nt ；p o r o s i t y；uni a xi a l c ompr e s s i v e f a i l ur e 收稿 日期 2 0 1 5 - 0 3 2 O ； 修 回日期 2 0 1 5 - 0 6 0 5 ； 责任编辑 张强。 基金项 目 国家 自然 科 学 基 金资 助 项 目 5 1 3 0 4 2 0 5 ； 教 育部 科 学 技 术研 究 项 目 1 1 3 0 3 1 A ； 中 国博 士后 科 学 基 金 项 目 2 0 1 3 M5 4 1 9 8 2 2 0 1 4 T7 0 6 7 8 。 作者简介 许 昭勇 1 9 9 0 一 ， 男 ， 山东济宁人， 硕士研究生 ， 研究方 向为矿山煤岩动力灾害监测 ， E ma i l h e r o x u z h a o y o n g 1 6 3 ． C O rn。 2 0 1 5年 第 8期 许 昭勇等 含 水 量对 煤岩 电阻率特征 的影响 7 3 0 引言 我 国煤 与瓦 斯 突 出 、 冲击 地 压 等煤 岩 动力 灾 害 严 重 ， 在 这些 灾 害孕育 和发 展过 程 中 ， 存在 多种 地球 物理力学响应_ 1 ] ， 其 中， 电阻率是一个重要参数。电 阻率的差异性是利用电法勘探技术进行异常体探测 的物性基 础 ， 也是 电法 勘探 的 主要 参数 Ⅷ 2 。 ] 。受 采掘 活动的影响 ， 煤岩体处于动态变化状态。因此 ， 对勘 探 对象 破坏 过程 电阻 率变化 规 律 的研 究尤 为重 要 。 长期以来 ， 国内外学者对受载煤岩体 电阻率的 变 化规 律进 行 了大量 的研究 。葛宝 堂等 ] 研 究 了岩 体 电阻率与 岩体应 力 、 应变关 系 ， 利用 岩体 电阻率观 测技术预报顶板失稳动力现象 ； 刘光才 5 ] 对构造煤 和非构 造煤 的电性 参 数进 行 了对 比试 验 ， 发 现 非构 造煤的电阻率远高于构造煤电阻率 ， 并利用 Q表对 不 同的煤样 在 不 同应 力 条 件 下 的 电 阻 率 进 行 了测 试 ； 陈鹏等I 6 ] 对不同煤体在不 同加载方式下的不同 方 向的 电阻率进 行 了 实验 和理 论 分 析 ， 并 对 电 阻率 变化 机 制进 行 了探讨 ； 李 忠辉 l 7 ] 对 大 尺度 煤 体 进行 了加载 过程 电阻率测 试实验 ； 王云 刚等 研 究 了构 造 软 型煤单 轴压 缩 条 件 下 的 电阻 率 特 征 ， 并 与 原 生 构造煤进行 了对 比分析； 陈健杰等口 叩测试 了中低频 下 原 生结构 煤 和构 造 煤 的视 电阻 率 ， 并 发 现 在 各测 试 频 率下 ， 构造 煤 的 电阻 率 均 小 于原 生 构 造 煤 的 电 阻率 。 目前 已经 开展 的实验 研究 多集 中在 不 同加 载 方 式 或 不 同煤 样类 型 对 电 阻 率 的影 响 ， 有 关 含 水 量对 煤 岩 电阻率 影 响的研 究还 不够 全面 。但 在实 际生 产 过程 中 由于实施 防 突措施 ， 打 钻 、 割 煤过 程 中用水 量 较 大 ， 使得 煤体 内含 水量增 大 ， 因为水 的导 电性 大 于 煤 体 且相差 较 大 ， 煤 岩 破 裂 过 程 中 电 阻率 势 必 会 发 生一些变化 ， 弄清其变化规律 ， 更有利于在实际工程 中使 用 电法 勘探 技 术 来 探 测 煤体 。 因此 ， 有 必 要 对 单轴压缩破坏过程中不同含水量的煤体 电阻率的变 化 规 律及变 化 机制进 行研 究 。本文 通过 建立 受载 煤 体电阻率实时监测系统 ， 对煤体破 坏过程 中电阻率 的实时变化规律进行 了系统测试 ， 进一步揭示受载 煤 体 电阻率 的变化 机 制 ， 促 进 电法 勘 探 技 术 在 实 际 工程 中的应 用 和发展 。 1 受载煤 体 电阻率 实 时监测 系统 受载煤体电阻率实时监测系统 由载荷控制系统 和电阻率测试系统组成 ， 整个系统置于 GP 6高效 电 磁屏 蔽 室 内 ， 如 图 1所 示 。 载 荷 控 制 系 统 采 用 Y Aw 型电液伺服压力试验机系统 ， 该 系统 由压力 机 、 加 载 自动 控 制 系 统 P o we r Te s t V3 ． 3控 制 程 序 组成 ； 电阻 率 测 试 系 统 使 用 A g i l e n t U1 7 3 3 C L C R 测试 仪 ， 与 P C连 接后 可利用 自带 的 D a t a L o g g e r 软 件连续 采 集数 据 。该 系统 将压 力 和电 阻率测试 系统 组合在一起 ， 各参数均能实现实时 、 连续采集， 其 中 压力 数据 采集 频 率 为 3 0 Hz ， 电阻 率 数 据 采 集 频 率 为 1 Hz ， 大 大满 足 了数据 分析 的要求 。 1 一YA w 型试验机 ； 2 一绝缘垫片 ； 3 一铜片电极 ； 4 一煤岩试样 5 一L C R测试仪 ； 6 一电阻率测试系统 ； 7 ～载荷控 制系统 图 1 受载煤体电阻率实时监测系统组成 2实验 测试 2 ． 1 煤 样 的制备 2 ． 1 ． 1 自然 原煤试 样 实验 中所 需 煤样 取 自山东 某 煤 矿 ， 将取 来 的大 块煤 样 用 岩 芯 管 沿 层 理 方 向取 样 ， 切 割 两 端 制 成 4 5 0 mmx1 0 0 mm 的 圆柱体 ， 并将 两端 断 面磨 平 ， 以 利 于实验 时受 力均 匀 。 2 ． 1 ． 2 含水 原煤试 样 1 潮湿 状 态原煤 试样 在 大 气 压力 和室 温 下 ， 将 自然原 煤试 样放 于水 槽 中 ， 试样 之 间 留有 空 隙 ， 然 后 向水槽 中注水 使原 煤 试 样 逐 步 浸水 ， 先 浸没 至 原 煤试 样 高度 的 1 ／ 4处 ， 以后 每 隔 2 h注水 一 次 ， 使 水 位分别抬升至原煤试样高度 的 1 ／ 2和 3 ／ 4处 ， 6 h后 全 部浸 没 原 煤 试 样 且 使 水 面 高 出 原 煤 试 样 1～ 2 c m， 原煤 试样 在水 中 自由吸水 4 8 h 。 2 饱和状态原煤试样 本实验采用强制饱 和 法 ， 即将 原煤 试样 置 于水槽 内且试 样 之 问留有空 隙 ， 然 后加 水至 完全 浸 没 原煤 试 样 并 将 水 煮沸 ， 煮 沸 时 间不少 于 6 h 。 为便于分析含水量对煤岩电阻率 的影响， 对原 煤 试样 进行 称重 并记 录原 始质 量 。擦 拭潮 湿 和饱 和 原 煤试样 表 面 的水滴 ， 待 试样 无 滴 水 后 又 分别 进 行 称 重记 录 ， 以此来 计算 其含 水量 这 里 的含 水量 不考 虑 其 固有含 水量 ， 经 测定 其 固有 含 水量 为 0 ． 6 5 ％ ， 测 定结 果见 表 1 。 2 ． 2 实验 方案 实验中将事前制备好 的 自然原煤试样 、 潮湿原 煤 试样 和饱 和原 煤试 样 放 于加 载 系统 中 ， 进 行 单轴 7 4 工矿 自动化 2 0 1 5年 第 4 1卷 表 1 实验煤样含水量 5 潮湿原煤 2 8 1 ． 6 6 6 2 8 4 ． 5 9 压缩 加载 ， 单轴 压缩 加 载采用 力控 控制 ， 加载 速率 为 1 0 N／ s ， 并将铜片电极置于煤样两端 ， 测试煤样受载 破坏过程中电阻率的变化规律 。 3实验 结果 及分 析 3 。 1 实验 结 果 分 析 自然 原 煤 试样 、 潮湿 原 煤试 样 和 饱 和原 煤 试 样 在 变形 破 坏 时 的 应 力 、 电 阻 率 曲 线 如 图 2 一 图 4 所 示 。 从 图 2可 看 出 ， 自然 原 煤 试 样 的抗 压 强 度 为 3 ． 9 MP a 。从 图 3 、 图 4可 看 出 ， 潮 湿原 煤 和 饱 和 原 煤 试样 的抗 压 强度分 别 为 0 ． 6 7 MP a和 0 ． 5 5 MP a ， 水 的浸润作用使得煤岩试样的强度降低__ 】 。 在未 施 加 载荷 时 ， 自然 原煤 的原 始 电 阻率 约 为 1 0 k Q m， 由于 自然原 煤试 样 中含 有 大量 的微 孔 和 小孔 ， 当比煤体导电性能更好的水渗入到大量孔隙 中时 ， 煤体 电 阻率 降低 ， 所 以 ， 潮 湿 和饱 和原 煤 试 样 的原 始 电阻率 分别 为 7 k n m 和 5 k f lm。加 载 初 期 ， 自然 原煤 试样 的 电阻率 出现减 小 趋 势 图 2 ， 而潮 湿 和 饱 和 原煤 试 样 的 电阻 率在 5 0 S内 出现 增 大趋 势 图 3 ， 图 4 ， 之所 以会 产生 这种 不 同 ， 是 因为 水可以改变煤岩体的导电类型。固体介质的导电类 型按 载流 子 的不 同 ， 大致 分为 离子 导 电和 电子导 电 ， 前 者 取 决 于 离 子 的 移 动 ， 后 者 取 决 于 电 子 的 移 动 。煤 作 为 一 种 高 阻 体 ， 主 要 以 电 子 导 电 为 主_ 5 ] ， 当有 外界 压 力作 用 时 ， 分 子 问 的 电子 云 重 叠 ， 电子在分子 间的迁移率增加 ， 电阻率下降r 6 ] ， 但 当煤 体 内含有 水分 或大 量 矿 物 质 时 ， 可 能 表现 为离 子 导 电 ] ， 这是 由于加 载 过程 中分 子之 间的 间距缩 小 ， 离 子迁移率降低 ， 导致电阻率上升。因此 ， 不含水的原 煤 试 样在 开始施 加 载荷 时 ， 电阻率 会 出现下 降趋 势 ， 而 含 水原 煤 试 样 潮湿 和 饱 和 在开 始施 加 载荷 时 ， 图 2 自然原煤试样在变形破坏时 的应力和 电阻率 曲线 图 3 潮湿原煤试样在变形破 坏时的应 力和电阻率曲线 0 謇 -R 翅 0 菖 ● 褥 翻 图 4 饱和原煤试样在变形破坏 时的应 力和电阻率曲线 电阻率会 出现上 升趋 势 ， 与 实验 结果 一致 。 实 验时 仿真 煤 的 破坏 是 发 生 变 形 和破 裂 ， 煤体 中各种 原始 孔 隙 、 裂 隙 以及 新孔 隙 、 裂 隙 的产生 对煤 岩 电阻率的变化有较大影响。为了分析煤体破坏过 程 中水 和孔 隙率 对 电 阻率 的影 响 ， 对 实 验 自然 原煤 试 样进行 了压汞 实验 数 据见 表 2 。通过 压 汞 实验 可 知 ， 自然 原煤试 样 内部 以微 孔 、 小 孔 为 主 ， 而 煤 体 受 压过 程 中 ， 孔 隙率 随 着 轴 向应 力 的增 大 呈 现 先 减 小 后增 大 的趋势 。对 比 自然 原煤 试 样 和潮 湿 、 饱 和原煤试样的实验结果可知， 未施加载荷时 ， 由于煤 体 孔 隙中水 的存 在 ， 使 得 潮 湿 和饱 和原 煤 试样 的原 始 电阻率 明显 比 自然 原煤 试样 的原 始 电阻率低 。孑 L 隙 中足 够多 的水 改变 了潮 湿和 饱和原 煤试 样 的导 电 2 0 1 5年 第 8期 许 昭 勇等 含 水量对 煤岩 电 阻率特征 的 影响 7 5 类型， 致使开始施加载荷时 ， 潮湿和饱和原煤试样 的 电阻率呈现出上升趋势而 自然原煤试样的电阻率出 现下 降趋 势 。随着 载荷 的不 断 施加 ， 当试 样 出现 宏 观断裂面时 ， 3种类型的煤样均 出现电阻率 突然增 大 的现 象 ， 这 是 由于 随 着新 生 裂 隙 的产 生 和 扩展 加 剧 ， 大孔和可见孔增多， 孔隙率迅速增大造成的。但 具体表现却不尽相同， 自然原煤试样的电阻率增长 更迅速且最终数值更大， 相 比于 自然原煤试样 ， 潮湿 和饱和原煤试样的电阻率增长稍显缓 和且数值较 小 ， 这 主要 是 因为虽 然 3 种 试样 均失 去 承载能 力 ， 产 生大的断裂面 ， 致使煤体导电通道被切割或阻断 ， 但 是 由于潮湿和饱和原煤试样 内部孑 L 隙中含有较多水 分且水的导电性相比于煤体更好所致 。 表 2 压汞实验参数 1 5 8 ． 2 3 7 8 2 6 ． 2 9 3 8 3 ． 91 8 1 2 5 7 ． 3 1 2 3 2 6 ．0 1 9 1 3 ． 01 9 3 3 5 9 ． 2 3 1 1 2 7 ．9 3 2 4 4 ． 9 4 8 2 4 5 9 ． 3 1 1 8 2 6 ． 3 9 4 8 4 ． 2 09 3 5 5 8 ． 2 3 2 l 2 5 ． 8 8 2 1 4 ． 9 9 1 1 6 5 8 ． 2 3 9 7 2 5 ． 9 3 2 8 4 ． 02 1 8 7 5 8 ． 2 3 4 1 2 6 ． 2 3 9 3 3 ． 01 9 4 8 5 7 ． 1 9 2 8 2 6 ． 0 2 9 1 3 ． 59 1 1 9 5 8 ． 2 1 3 3 2 5 ． 0 9 2 8 5 ． 94 0 1 7 ．1 9 3 1 6 ．1 0 9 3 6 ． 1 9 4 0 6 ． 9 3 0 1 5 ． 91 2 3 5 ．1 3 1 1 7 ．1 4 3 2 6 ． 4 7 2 8 6 ． 8 1 8 1 1 ． 3 4 1 2 4 ． 0 1 9 2 1 ． 4 2 9 1 4 ． 1 0 8 1 1 ． 3 4 8 2 4 ． 0 9 8 1 2 ． 0 9 3 8 4 ． 8 l 9 1 1 ． 2 4 2 4 4 ． 0 1 9 2 1 ． 2 3 2 4 3 ． 8 9 1 2 1 ． 8 7 4 9 4 ． 1 0 9 1 1 ． 7 9 2 9 3 ． 9 8 1 2 1． 3 4 4 9 4 ． 0 1 9 0 3 ． 2 水 对煤 岩体破 坏过 程 中电阻率影 响 的分析 煤岩体中存在大量孔隙、 裂隙， 而实际生产过程 中 由于实 施 防突措 施 以及 打 钻 、 割 煤过 程 中使 用 水 ， 致使煤岩孔隙部分含水 ， 为 了更深入了解水对煤岩 体破坏过程中电阻率 的影响 ， 有必要研究煤岩试样 破坏过程中孔隙率 的变化情况， 进而推导出水对该 过程 中电阻率的影响。 煤 岩试 样 的孑 L 隙率 在 受 载过 程 中会发 生 变 化 ， 通过 假 设 初 始 孔 隙 率 为 常 数 ， 结 合 体 积 模 量 K 以及静水压力 。 等之间的关系， 可推导出煤岩压缩 过程 中孔 隙率 的变 化方 程为 [ 1 。 ] 叩 一 I 1 0 一 丁 式 中 e 为试 样 的体 积应 变 。 由式 1 分析可知 ， 对于煤岩试样 ， 在单轴压缩 实验过程 中， 孔隙率会随着轴 向应力 的增大而出现 一 个先减 小后 增 大的过 程 。 若 在煤 岩 孑 L 隙 中 只有 部分 含 水 ， 则 空 气 的绝 缘 作用将导致 电阻率升 高， 因此 ， 根据 Ar c h i e 口 ” ] 公 式可推导出部分含水煤岩的电阻率为 p f一 o S 一 b F p S 2 式 中 b为与岩性有关 的常数 ； 为煤 岩 1 0 0 饱 和 含地 层 水 的 原 始 电 阻 率 ； S 为 地 层 含 水 饱 和 度 ， 为饱 和度 指数 ； F 为 地 层 因子 ， Fl 0 o ／ p 一n ／m ； 为地层水 电阻率； a为与煤岩有关 的比例系数 ； 为 煤岩 的胶 结指 数 。 将 Fp 。 ／ p 一a ／ 矿 代人 式 2 ， 整 理 得 出 电阻 率与孔隙率之间的关系式为 P 一 s 3 一 ■ “ ” J 。 叩 联立 式 1 和 式 3 可得 含水 煤岩试 样压 缩破 坏 过程 中电阻率与孔隙率之间的关系 P l 一 s P l 一 _ 二 二 干 ‘ 结合式 4 和图 3 一图 4可以看 出， 当含水原煤 试 样开始 进 行单轴 压缩 试验 时 ， 随着 孔隙率 的减 小 ， 含水 煤 岩 电阻率 呈 现增 大 趋 势 ， 随着 加 载过 程 的继 续 ， 孔隙率由减小变成增大 ， 含水煤岩 电阻率呈现出 下降趋势。当含水原煤试样加载到破坏 时， 出现大 的宏观 横 断面 ， 阻断煤 岩孔 隙 中水 的运移 ， 最终 导致 煤岩电阻率急剧增大 ， 无论是潮湿原煤试样 还是饱 和原煤试样 ， 电阻率都迅速增大到原 电阻率的 3 ～ 4倍 。实验结果和理论分析基本吻合。 4 结语 通过建立的受载煤体 电阻率实时监测系统 ， 测 试 研究 了 自然原 煤试 样及 不 同含水量 原煤 试样 在单 轴压缩破坏过程 中电阻率 的实时变化特征规律 ， 得 出 了如下 的结论 1 施加载荷后 ， 自然原煤试样的电阻率在试 样失 去承 载力 、 产生 宏 观 断 裂 面前 一 直 处 于 下 降趋 势 ， 而含水 原煤 试 样 在 开 始施 加 载 荷 的 5 0 S内 ， 电 阻率逐渐增加 ， 继续施加载荷 ， 电阻率开始下 降， 当 试样 破裂 破坏 时 ， 所 有试 样 的 电阻率都 迅速增 加 ， 但 自然原煤试样的电阻率增长速度相 比于含水原煤试 样更 迅速 。 2 水对煤岩破坏过程 中电阻率的影响主要有 2 个方面 一是水能对煤岩体导电类型产生影响， 使 原本 以电子导 电为主的煤 岩转变为 以离子 导电为 主 ， 在单轴压缩破坏初期表现为电阻率 由先降低转 变为先升高 ； 二是水 的浸润使原煤试样 的强度和弹 性 模 量 降低 ， 塑性 增 大 ， 当潮 湿 和饱 和煤 岩 破 裂 时 ， 第 4 1卷 第 8期 2 0 1 5年 8月 Vo 1 ． 4 1 NO ． 8 Au g ． 2 0 1 5 文 章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 5 0 8 0 0 7 6 0 6 DO I 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 - 2 5 1 X ． 2 0 1 5 ． 0 8 ． 0 1 9 王湃， 汪梅 ， 马宪民． 输浆管道液一 固两相流静 电场特性研究[ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 5 ， 4 1 8 7 6 8 1 ． 输浆管道液一 固两相流静电场特性研究 王湃 ， 汪梅 ， 马 宪 民 西 安科 技大 学 电气 与控 制工 程学 院 ，陕西 西 安 7 1 0 0 5 4 摘 要 利 用有 限元 方 法建 立 了输 浆 管道 内液一固 两相 流 矿 浆 的静 电场模 型 ， 以检 测 灵敏 度 为媒 介 ， 对 液一固两相 流 的软 场特性 进行 深入 研 究 ， 分析 了矿 浆 的流 速 、 固体 颗粒 大 小、 结 垢 、 浓 度对 软 场 特 性 的影 响 ， 得 出了如 下 结论 在矿 浆流速 越低 、 矿 浆 固体 颗 粒越 大和 结垢 层越厚 时 ， 灵敏 度分 布越 不均 匀； 矿 浆 浓度 的 变 化越 大 ， 对灵敏 度 影响越 大。这 一结论 为输 浆 管道液 一固两相流 的 可视 化检 测提 供 了技 术 支撑 。 关键 词 输浆 管道 ；液 一固两相流 ； 有 限元 法 ；电阻层析 成像 ； 软 场 特性 中图分 类 号 TD 6 7 文 献标志 码 A 网络 出版 时 间 2 O 1 5 0 7 3 l 1 5 3 7 网络 出版 地址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 5 0 7 3 1 ． 1 5 3 7 ． 0 1 9 ． h t ml 收稿 日期 2 0 1 5 0 4 0 3 ； 修 回日期 2 0 1 5 - 0 6 0 8 ； 责任编辑 张强。 基金项 目 国家 自然科学基金项 目 5 1 4 0 5 3 8 1 ；西安科技大学培育基金项 目 2 0 1 3 1 4 作者简介 王湃 1 9 7 9 一 ， 男， 辽宁丹 东人 ， 讲 师， 博士 ， 现主要 从事无 损检测 技术 、 工 业过 程成像 技术 、 生物信息 检测 技术 方面 的研 究工作 E ma i l wa n g p a i 2 0 1 3 x u s t ． e d u ． C D 。 电阻率 的增 长相 较于 自然 原煤 试样趋 于缓 慢 。 3 将 Ar c h i e 公 式 与破 裂 过 程 中煤 岩 孔 隙率 的动态变化方程结合 ， 初步推导 出含水煤岩试样在 单 轴压 缩破 坏过 程 中 电 阻率 随孑 L 隙 率 变化 的规 律 ， 在 含水 原煤 试样 剧烈 破坏前 电阻率 与孔 隙率基 本呈 负 相关关 系 。 参考文献 [1 ] [ 2] [3 ] [ 4] [ 5] [ 6] [ 7] [ 8] 王恩元 ， 何学秋 ， 李 忠辉 ， 等． 煤岩 电磁辐 射技 术及其 应用[ M] ． 北 京 科学 出版社 ， 2 0 0 9 1 - 2 程志平． 电法 勘探教 程 [ M] ． 北 京 冶金工 业 出版社 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