微波辐射降低硬煤冲击倾向性试验研究.pdf

第4 6 卷第2 期 2 0 2 1 年2 月 煤炭学报 J O U R N A L0 FC H I N AC O A LS O C I E T Y V 0 1 ．4 6N o ．2 F e b ．2 0 2 l 蓦萎- 誊誊- - 蠹蠢囊※誊。囊 。。萋 - 瓤- - 琳j 蠹蠹≥ | | _ | | | { | | i | | { | 蒺豢囊霪篱l 鬻；麟| | | | ii i i ※x ．※7 ． 鼎尊※碧．奠※j ※ii 杀_ _ 誊≤器蠹善；； 蓦 微波辐射降低硬煤冲击倾向性试验研究 胡国，息1 ’2 ，王春博2 ，许家林2 ⋯，吴旭飞2 ，秦伟3 1 ．中国矿业大学江苏省矿山地震监测工程实验室，江苏徐州2 2 1 1 1 6 ；2 ，中国矿业大学矿业工程学院，江苏徐州2 2 l l l 6 ；3 ．中国矿业大学 煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏徐州2 2 1 1 1 6 摘要如何有效地改变煤岩体物理力学性质是冲击地压防治领域亟待解决的关键难题，而微波致裂 弱化法是解决这一难题的新途径。为探究微波致裂弱化法降低硬煤冲击倾向性的实效性，采用自主 研制的微波辐射试验装置与C 4 6 ．1 0 6 型M 码电液伺服试验机，开展了煤体微波致裂弱化试验，研究了 微波辐射对煤体的动态破坏时间、冲击能量指数、弹性能指数、单轴抗压强度和纵波波速的影响规律， 确定了降低煤体冲击倾向性的最优微波参量范围；在此基础上，研究了微波辐射下冲击倾向煤体的损 伤致裂效应，分析了微波对煤体的热效应、煤体损伤因子与微波参量之间的变化关系，揭示了煤层巷 道微波致裂弱化防冲机理。结果表明①微波致裂弱化法能有效降低或消除煤体冲击倾向性。煤体 微波致裂后，煤样峰值强度大幅下降，应力一应变曲线峰后段应力降增多，使峰前积聚的总能量降低且 分级释放，煤体由脆性向塑性转变；同时，煤样载荷一时间曲线峰后段表现出多台阶、分级跌落的特征， 煤体积蓄的弹性能减少，从而导致煤体各项冲击倾向指标均有不同程度降低。②微波辐射对煤体的 减冲效果表现为能量阈值现象，而在微波能量恒定条件下高功率一短时间的能量组合更有利于煤体减 冲。③微波对煤体内各矿物的选择性热效应使煤体产生热破裂，表现为煤样表面出现多条纵向裂 缝以及与之垂直的分支裂隙。④煤样冲击倾向性与煤样纵波速度存在显著相关性。微波能量及 其辐射强度越大，煤体纵波波速降幅越大，则煤体冲击倾向性越小。⑤煤巷微波致裂弱化防冲机 理在于，通过增大冲击地压发生的临界塑性软化区半径，引起巷道围岩高应力区向深部转移，提高 巷道围岩塑性软化区对弹性区释放能量的耗散能力；同时，煤体峰后软化模量显著降低，导致冲击 地压发生的临界载荷增大，从而降低巷道发生冲击地压的可能性。 关键词冲击地压；冲击倾向性；微波致裂弱化法；热破裂；微波参量 中图分类号T D 3 1 5文献标志码A文章编号0 2 5 3 9 9 9 3 2 0 2 1 0 2 0 4 5 0 一1 6 E x p e r i m e n t a li n V e s t i g a t i o no nd e c r e a s i n gb u r s tt e n d e n c yo fh a r d c o a lu s i n gm i c r o w a v ei r r a d i a t i o n H UG u o z h o n 9 1 ”，W A N GC h u n b 0 2 ，x UJ i a l i n 2 ⋯，W UX u f e i 2 ，Q I Nw e i 3 1 - 瓜o ，w uE 几g i 聊e 增k 6 0 m ￡o 可矿胁肥如H q “n kA 如n i ￡o n gn n dP M e n ￡i 。n ，吼i n n ‰沁耶i ￡y ∥胧凡i 昭Ⅱ蒯‰ 加z o g y ，x 乩抽o “ 2 2 l l l 6 ，∞讹； 2 ．＆血o o f 旷胁麟，吼i M 踟妇耶i ￡y 矿M 溉昭Ⅱ以n c 加f 9 9 y ，x 扯如o “2 2 1 1 1 6 ，C 硒m ；3 ．s ￡n ￡e 研儿6 0 m ￡D ∥旷c o n f 鼢o “M so n d 肼i 聊s 咖f y ，傩i n Ⅱ 踟i 抛巧妇。厂胁n i 喟口蒯‰ 加Z 昭y ．X u 旃o 2 2 1 1 1 6 ，吼i 凡o 收稿日期2 0 2 0 1 2 0 6修回日期2 0 2 卜。卜1 2责任编辑钱小静D O I l o ．1 3 2 2 5 ／jc n h j cc s ．x R 2 0 ．1 9 0 6 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 1 7 7 4 2 7 9 ；江苏高校“青蓝工程”资助项目；江苏省“六大人才高峰”高层次 人才资助项目 J N H B 0 9 4 作者简介胡国忠 1 9 8 1 一 ，男，湖南衡阳人，教授，博士生导师，博士。E m a i l g z h u c u m I ．e d u ．c n 引用格式胡国忠，王春博，许家林，等．微波辐射降低硬煤冲击倾向性试验研究[ J ] ．煤炭学报，2 0 2 1 ，4 6 2 4 5 0 4 6 5 ． H UG u o z h o “g ，W A N GC h u n b o ，X UJ i a l i n ，e ta 1 ．E x p e m e n I a li n v e s t i g a t i o no nd e c r e a s i n gb u r s tt e n d e n 。yo fh a r d c o a lu s i n gr I l i c r o w a v ei r r a d i a t i o n lJ1 ．J o u 丌I a lo fC h i n ac o a ls o c i e I y ，2 0 2 1 ，4 6 2 4 5 0 4 6 5 ． 移动阅读 万方数据 第2 期 胡国忠等微波辐射降低硬煤冲击倾向性试验研究 4 5 l A b s t 瑚【c t H o wt oe f 亿c t i V e l yc h a n g et h ep h y s i c a la n dm e c h a n i c a lp r o p e n i e so fc o a la n dr o c km a s si sa nu r g e n tp r o b l e m t ob es o l V e di nt h e6 e l do fp r e v e n t i o na n dc o n t m lo fr o c kb u r s t ，a n dt h em i c r o w a v ef t a c t u r i n g - w e a k e n i n gm e t h o di sa n e ww a yf o rs o I v i n gt h i sp r o b l e m ．T oe x p l o r et h ee f 亿c t i v e n e s so ft h em i c r o w a v ef h c t u r i n g - w e a k e n i n gm e t h o dt or e d u c e t h eb u r s tt e n d e n c yo fh a r dc o a l ，at e s to fm i c r o w a v ef } a c t u “n g - w e a k e n i n go nc o a li sc a r r i e do u tb a s e do nt h es e l f ．d e V e l o p e dm i c r o w a V ei m d i a t i o nd e V i c ea n dC 4 6 ．10 6M T Se l e c t m h y d r a u l i cs e r v oe x p e r i m e n t a lm a c h i n e ．T h ei n n u e n c eo f m i c r o w a V ei 1 1 r a d i a t i o no nt h ep a r a m e t e r ss u c ha sd y n a m i cf a i l u r et i m e ，i m p a c te n e r g yi n d e x ，e l a s t i ce n e r g yi n d e x ，u n i a x - i a lc o m p r e s s i V es t r e n g t ha n dP - w a V eV e l o c i t yo fc o a li ss t u d i e d ，a n dt h eo p t i m a lm i c r o w a V ep a r a m e t e rr a n g et or e d u c e t h eb u r s tt e n d e n c yo fc o a li so b t a i n e d ．O nt h i sb a s i s ，t h ed a m a g e f } a c t u “n ge f 亿c to ft h ec o a lw i t hb u r s tt e n d e n c yu n d e r m i c r o w a V ei r _ r a d i a t i o ni ss t u d i e d ．A l s o ，t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h es e l e c t i V eh e a t i n ge Ⅱ．e c to ft h em i c I ．o w a V eo nt h e m i n e r a l si nt h ec o a l ，t h ec o a ld a m a g ef a c t o ra n dt h em i c r o w a v ep a r a m e t e r sa r ea n a l y z e d ．T h em e c h a n i s mo fr e d u c i n g b u r s tr i s ko ft h es u r r o u n d i n gc o a lo ft h er o a d w a yi sr e v e a l e db yu s i n gm i c r o w a v ef h c t u r i n g - w e a k e n i n g ．R e s e a r c hr e s u l t s s h o wt h a tt h em e t h o do fm i c r o w a V ef h c t u r i n g - w e a k e n i n gc a ne f k c t i v e l yr e d u c eo re l i m i n a t et h eb u r s tt e n d e n c yo fc o a l ． A f t e rm i c I ．o w a V ef h c t u r i n go nc o a l s ，t h ep e a kl o a do fc o a ls a m p l e sd I ．o p ss i g n i 6 c a n t l y ，a n dt h es t r e s sd I ．o pi nt h ep o s t - p e a ks e c t i o no ft h es t r e s s s t r a i nc u r v ei n c r e a s e s ，w h i c hr e d u c e st h et o t a le n e r g ya c c u m u l a t e db e f o r et h ep e a ka n di s r e - l e a s e ds l o w l yb ys t a g e s ．T h ec o a lc h a n g e sf 而mb r i t t l ef a i l u r et o p l a s t i cd e f o 肿a t i o n ．S i m u l t a n e o u s l y ，t h ec o a ls a m p l e s b e f o r et h ep e a ko ft h el o a d t i m ec u n ，e ss h o w st h ec h a r a c t e r i s t i c so fm u l t i p l es t e p sa n dg r a d e dd r o p s ，a n dt h ee l 鹊t i ce n e r g ys t o r e di nt h ec o a lm a s si sr e d u c e d ，s ot h a tt h eb u r S tt e n d e n c yi n d i c a t o r so ft h ec o a la r er e d u c e dt os o m ed e g r e e s ’I h ed k c to ft h em i c r o w a V ei r r a d i a t i o no nt h eb u r s tt e n d e n c yr e d u c t i o no fc o a l si sm a n i f e s t e da sa no b V i o u se n e r g y t h r e s h o l dp h e n o m e n o n ．U n d e rt h ec o n d i t i o no fe q u a lm i c I D w a v ee n e r g y ，t h ee n e r g yc o m b i n a t i o no fh i g hp o w e r - s h o r t t i m ei sm o r ec o n d u c i V et ow e a k e nt h eb u r s tt e n d e n c yo fc o a l s ．T h es e l e c t i v eh e a t i n ge f r e c to fm i c r o w a v eo nt h ev 撕o u s m i n e r a l si nt h ec o a lr e s u l t si nt h e n n a lc m c k i n go ft h ec o a l ，w h i c hi sm a n i f e s t e da sa p p e a r i n gm u l t i p l el o n g i t u d i n a l c r a c k sa n db r a n c hc r a c k sp e r p e n d i c u l a rt oi to nt h es u d h c eo ft h ec o a ls a m p l e s ．R e s e a r c hr e s u l t ss h o war e m a r k a b l e c o r r e l a t i o nb e t w e e nt h eb u r s tt e n d e n c ya n dt h eP - w a v ev e l o c i t yo ft h ec o a ls a m p l e s ．T h eg r e a t e r t h em i c r o w a v ee n e r 韶， t h eg r e a t e rt h er e d u c t i o ni nP - w a v ev e l o c i t yo ft h ec o a l s ，a n dt h es m a U e rt h eb u r s tt e n d e n c yo ft h ec o a l s ．T h em e c h a n i s mo fm i c r o w a V ef h c t u r i n g w e a k e n i n go nc o a lt op r e V e n tt h em c k - b u r s to fc o a lr o a d w a yi st oi n c r e a s et h er a d i u so f t h ec r i t i c a lp l a s t i cs o f t e n i n gz o n ew h e r er o c k - b u r s to c c u r ，c a u s i n gt h eh i g hs n ．e s si nt h es u n ．o u n d i n gr o c ko ft h er o a d - w a yc a nb et r a n s f e r r e dt ot h ed e e pp a n ，t h e r e b yi m p r o v i n gt h ea b i I i t yo ft h es u n ．o u n d i n gr o c kp l a s t i cs o f t e n i n gz o n eo f t h er o a d w a yt od i s s i p a t et h ee n e r g rr e l e a s e db yt h ee l a s t i cz o n e ．S i m u l t a n e o u s l y ，t h ep r e p e a k s o f t e n i n gm o d u l u so f c o a l si ss i g n i 6 c a n t l yd e c r e a s e d ，w h i c hl e a d st oa ni n c r e a s ei nt h ec r i t i c a l l o a df o rr o c k - b u r s t ，t h e r e b yr e d u c i n gt h ep o s s i b i l i t y0 fm c k - b u r s ti nr o a d w a y s ． K e yw o r d s r o c k - b u r s t ．b u r s tt e n d e n c y ；m e t h o do fm i c r o w a v ef r a c t u r i n g - w e a k e n i n g ；t h e m a l f h c t u r i n g ；m i c r o w a v ep a - r 爿m P t P r s 煤矿冲击地压是指井下巷道、工作面等处的煤岩 体突然破坏而产生的一种剧烈动力灾割卜2 1 。据统 计‘3 。4 1 ，截至2 0 1 9 年6 月我国正在生产的冲击地压 矿井的数目为1 2 l 座、产能约4 亿∥a ，在煤炭供应保 障中发挥着重要作用。因此，如何有效防治冲击地压 煤矿安全生产中亟待解决的关键难题。冲击地压 治措施分为区域性措施和局部性措施，其中局部性 措施多以改变煤岩体物理力学性质为出发点，例如水 力压裂、爆破卸压、煤层注水、硐室卸压及机械振动、 大功率超声波卸压、煤层注入碱性溶液等睁】。但由 于冲击地压灾害的复杂性和各矿井煤岩层赋存条件 的差异性，上述各类防治措施在某些条件下存在局 限，亟待探寻新的冲击地压防治方法。 近年来，微波技术在低渗透煤层增透、页岩气增 、辅助破岩、煤炭脱硫等领域已有初步应用研究，被 为是一种极具发展前途的新方法‘挖。14 l 。微波是一 种频率介于无线电波与红外线之间的特殊波段，具有 穿透、反射、吸收等特性5 。。在微波辐射下，煤体中 的极性矿物分子取向将随着电磁场取向的高频转换 而转换，造成极性矿物分子相互摩擦而产生急速热效 应，从而快速提高煤体温度；由于微波对煤体中各矿 物的选择性热效应，煤体内将形成明显的局部温差而 产生剧烈的热应力，导致煤体内局部拉伸和剪切变 形，使之产生热破裂，从而有利于降低煤体强度，这为 产认 是防 万方数据 4 5 2 煤炭学报 2 0 2 1 年第4 6 卷 笔者提出“微波致裂弱化法降低煤层冲击倾向性”的 新思路提供了可能。 因此，笔者选取强冲击倾向煤样，利用自主研制 的微波辐射试验装置开展煤体微波致裂弱化试验，研 究微波辐射对煤体的冲击倾向指标和纵波速度的影 响规律，获取煤体冲击倾向性、微波对煤体的热效应、 煤体损伤破裂特征与微波参量的变化关系，揭示煤层 巷道微波致裂弱化减冲机理，为煤层微波致裂弱化减 冲的工艺参数设计提供依据。 1 试验方法 1 ．1 煤样制备 实验煤样取自陕西神木矿区某矿的强冲击倾向 性煤层，是一种高挥发分的长焰煤，且具有含碳量高、 低硫等特点，其工业组分及矿物成分如图1 和表1 所 示。根据试验要求，将井下取回的大块煤样沿垂直层 理方向钻取西5 0m m 1 0 0m m 的标准煤样。由于煤 样制备过程均在淋水状态下进行，为避免含水状态对 试验结果造成影响，将制备煤样在相同的自然通风环 境下平衡水分l 周。 蜊 骠 图1 煤样的x R D 测试结果 F 培1 X R Dt e s tr e s u l t so fc o a ls a m p l e s 表1 煤样的工业分析 7 r a b I elP I 嘲抽a t ea n a I y s i so fc o a ls a m p l e s 1 ．2 试验方案 为了探索微波致裂弱化法降低煤体冲击倾向性 的实施效果以及最优微波参量，本次试验设计了原始 煤样对照组 N 组 、微波能量递增组 T 组 、微波能 量组合方式组 P 组 ，研究不同工况微波致裂弱化 后煤样的冲击倾向性变化规律，试验方案见表2 。在 试验过程中，通过调整微波功率P 和辐射时间f 便可 产生不同大小和不同组合方式的微波能量。根据能 量守恒定理，在忽略微波加载腔体能量耗散的条件 下，作用在煤样上的微波能量E 为 E P ￡ 1 式中，P 为微波功率，w ；￡为微波辐射时间，s 。 表2 微波辐射试验方案 T a b l e2E x p e r i m e n t a ls c h 咖eo fm i c m w a v ei 1 1 r a d i a t i o n 注 为数据共享煤样。 1 ．3 煤样微波致裂弱化试验 煤样微波致裂弱化试验是在自主研制的微波辐 射试验装置上开展的，该装置由微波发生系统 频率 2 ．4 5G H z 、单源最大功率3k w 、微电脑控制系统、波 导管、微波加载腔体、水循环冷却系统、注气与排气系 统、温度监测系统和图像采集系统等组成。实验前对 微波加载腔体抽真空后注入C O 气体以保护微波发 生系统和波导管，微波产生后经波导传输至微波加载 腔体形成正交微波场对腔体内煤样进行微波致裂，微 波辐射试验装置及试验流程如图2 所示。 1 ．4 煤样冲击倾向性测试 煤样冲击倾向性测试采用c 4 6 ．1 0 6 型M T s 电液 伺服试验机，该试验机能够实时显示被加载试件的应 力一应变曲线以及进行力、变形、位移等速率控制和 恒力、恒变形、恒位移控制的试验。 试验过程中，按照国家标准冲击地压测定、监 测与防治方法第2 部分煤的冲击倾向性分类及指数 的测定方法 G B ／T2 5 2 1 7 ．2 的规定6 。，对试验煤 样分别测定动态破坏时间￡D 、弹性能量指数耽T 、冲 击能量指数琏、单轴抗压强度尺。等指标。 1 ．5 试验步骤 1 对表面完整无明显裂隙的煤样，使用c 6 1 型 非金属超声波测速仪测试煤样的P 波速度。而后， 选取P 波速度接近的煤样作为同一组试验煤样，测 量煤样的尺寸、质量等参数，并使用高分辨率相机采 集原始煤样的表面图像。 2 将煤样放置于微波加载腔体内，按照微波辐 万方数据 第2 期 胡国忠等微波辐射降低硬煤冲击倾向性试验研究 4 5 3 射试验方案进行微波致裂弱化试验，并采用F L I R A 6 7 5 3 s c 型红外线热成像仪获取微波辐射后煤样的 表面温度。待煤样冷却后，再次采集煤样表面图像， 并测试微波辐射后煤样的P 波速度。 气源 厂 水源_ _ 贷 3 对原煤对照组和微波辐射后的煤样，使 用M T S 电液伺服试验机测试煤样的动态破坏时 间￡。冲击能量指数K 、弹性能量指数形川、、单轴抗压 强度尺，等4 个冲击倾向性指标。 排气【] 气管路 路 线路 线路 1 一低压表；2 一高压表；3 一水冷机控制面板4 一微波参数设置面板；5 一图像输出显示器； 6 一温度传感器；7 一摄像头8 一煤样；9 一玻璃托盘；l O 一照明光源1 1 一温度监测处理器；1 2 一波导 原煤 非金属超声波检测仪 巳 红外线热成像仪 图2 试验流程 F i g ．2E 。p e l ’i m e l l tp r o c e 1 u r e 2 微波辐射对煤体冲击倾向指标的影响规律 2 ．1 原始煤样对照组 N 组 的冲击倾向性指标 由表3 可知，N 组原始煤样的动态破坏时问为 8 6 ．6 7m s 、冲击能量指数为4 0 ．1 6 、弹性能量指数为 3 ．1 8 、单轴抗压强度为1 5 ．8 1M P a 。按照文献[ 1 6 ] 的 冲击倾向性等级判定方法，原始煤样的冲击倾向性为 I I I 类强冲击倾向性。 2 ．2 微波辐射对煤的动态破坏时间￡。的影响 煤的动态破坏时间是评价煤体冲击倾向性的关 键指标之一。冲击地压发生时往往伴随着煤体突然 M T s 电液伺服试验机 失稳，煤体迅速释放弹性能，而动态破坏时间能够表 征煤体突然失稳情况下释放弹性能的剧烈程度。 2 ．2 ．1 微波能量递增条件下煤样的动态破坏时间 微波能量递增条件下煤样的载荷一时间曲线以 及动态破坏时问￡n ，如图3 所示。 在5 4k J 的微波能量作用后，t _ T 1 ，t ．，一配煤样 的峰值载荷较原始煤样分别降低了2 7 ．3 ％，2 5 ．9 ％； 而对于t 1 1 - T 3 煤样，由于与其他煤样的结构差异性， 5 4k J 微波能量对煤体结构的影响较为有限，仍表现 出峰值载荷高、峰值后应力急速跌落、动态破坏时问 极短等强冲击倾向性的破坏特征。 义J啊■■ 甓撤t妊 。寓而f舡峭．涮l耙拣l叠黔 ■焉黼 万方数据 4 5 4 煤炭 学报 2 0 2 1 年第4 6 卷 随着微波能量增加到1 0 8k J ，t 。一T 4 ～t 。一T 6 煤样 峰前积聚的总能量持续降低，其平均峰值载荷较原始 煤样降低了4 8 ．3 ％，下降幅度增大，使得煤样平均动 态破坏时间增大到8 8 3m s ，转变为无冲击倾向性。 同时，该组煤样的载荷一时问曲线的峰后阶段均出现 了台阶状破坏特征，如t 。一T 4 煤样出现3 个阶梯状压 降台阶，且持续时间较短，其动态破坏时间 为10 2 0m s ；虽然t 。一T 5 ，t 。一T 6 煤样均只出现1 个压 降台阶，但t 。一T 5 煤样的压降台阶持续时问较长。由 此可见，对于微波辐射后的煤样，其载荷一时间曲线 峰后段出现的压降台阶在一定程度上增加了煤样动 态破坏时间，且压降台阶的数目、持续时间取决于煤 样自身的性质，具有一定离散性。 当微波能量持续增加到1 6 2 ，2 1 6k J 时，2 组煤样 的平均峰值载荷较原始煤样分别降低了6 3 ．4 ％， 6 3 ．6 ％，动态破坏时间在6 9 0 ～34 5 0m s 波动，均大于 该指标的无冲击倾向性临界值。由此可看出，当微波 能量超过1 6 2k J 后，随着微波能量持续增加，煤样的 峰值载荷和动态破坏时问的变化幅度较小，表现为微 波能量的阈值现象。 2 ．2 ．2 不同微波能量组合下煤样的动态破坏时间 微波能量组合是指在微波能量恒定条件下微波 功率和辐射时间的占比情况，它决定了微波能量输出 速率。不同能量组合条件下t 。一P 组煤样的载荷一时 间曲线及煤样动态破坏时间，如图4 所示。 在微波能量恒定为2 1 6k J 条件下，不同能量组 合的微波辐射后煤样的动态破坏时间较原始煤样均 有大幅提高，且峰值载荷显著降低。其中，t 。一P 1 ～ P 3 P 4 5 0W ，￡ 4 8 0s ，t D P 4 ～P 6 P 9 0 0W ，￡ 2 4 0s 组煤样的平均峰值载荷较原始煤样分别降低 了5 1 ．9 ％，6 3 ．1 ％，其动态破坏时间分别提高至 1 1 2 7 ，11 6 3m s 。对于t D P 7 ～P 9 P 13 5 0W ，f 1 6 0s 组和t 。一P 1 0 ～P 1 2 P l3 5 0w ，￡ 1 6 0s 组煤 样，虽然其平均峰值载荷较原始煤样的降幅均在 6 4 ％左右，但对应的动态破坏时间存在较大差异。 2 ．2 ．3 煤样￡。增量与微波能量、能量组合的关系 根据图3 的试验结果，可得到微波辐射后煤样的 动态破坏时间较原始煤样的增量出。与微波能量E 的变化关系 图5 ，即 △￡。21 5 5 ．4 8 一三嘿 2 。 1 e 鼍铲 由图5 可知，在微波辐射作用下，煤样的动态破 坏时间增量出。与微波能量E 总体上呈B o l t z m a n n 函数关系。5 4k J 的微波能量对煤样的动态破坏时间 的影响较小，此时煤样的动态破坏时间介于强冲击倾 向性与弱冲击倾向性等级间；随着微波能量持续增 加，煤样的动态破坏时间的增幅迅速增大，其指标值 趋于弱冲击倾向性、直至无冲击倾向性；当微波能量 大于1 6 2k J 后，煤样的动态破坏时间均大于 5 0 0m s 无冲击倾向性临界值 ，但此时微波辐射对 煤样的冲击倾向弱化效果趋于平缓。 同时，在恒定微波能量条件下，煤样的动态破坏 时间增量△￡。与微波功率整体上呈明显的正相关的 变化关系 图6 ，微波功率越大，煤体的动态破坏时 间提高幅度越大。由此可知，在微波能量恒定条件 下，高功率、短时间的微波能量组合的弱化减冲效果 要好于低功率、长时间的能量组合。 由此可知，无论是微波能量递增或各种能量组合 条件，微波辐射后煤样的动态破坏时间均大幅上升， 且峰值载荷显著降低；同时，微波辐射后煤样的载 万方数据 第2 期 r 训国忠等微波辅目t 降低硬煤冲击倾向性试验研究 4 5 5 3 0 重 ≤2 0 搭 l O O1 0 2 4 2 0 蚕1 6 篷1 2 瓣8 4 0 3 0 重 篓2 0 轿 l O 2 03 04 0Ol O I 时问∥s 时间，／s 01 02 03 0 O 0 时f 1 1 J ，／s 2 03 0 3 0 2 5 z2 0 芒 1 5 逛 糍l O 5 O 2 0 1 6 堇l 2 i 童 铎 8 4 O 2 O 重 8 ≤e 鼹 4 2 O 1 2 1 0 堇 8 ≤ e 糕 d 2 1 02 03 0O 3 0 Z 薹2 0 莲 铎 l O 2 03 04 0O1 0 时问，／s 昏i 间e 恒 时问∥s 5 0 4 0 Z 姜3 0 罨2 0 I O O 2 03 00 1 01 52 02 5 时问，／s 1 2 l O z8 ≤ 鑫s 餐 4 2 O 1 2 1 0 z8 ≤ 蹙e 耀 d 2 2 03 00 2 03 04 0 时问，／s 时间，／s 1 0 2 03 0 时I 、刚r ／s 5O15 2 0 时问，／s 时I b 】，／s 时阳] ，／s 罔34 i 同能量} 大小的微波辐射后煤样的载倚P 厂时问f 曲线 F 唔3 I 一 州一【i l l l P Ⅷ’V P J f ’o a ld f l ‘川疵l ’I J w d V ei r r Ⅲm mw i I l l 1 i 胁l ‘‘I ㈨e l ’g y O2 03 0 时间，／s 8 5 2 9 6 3 z ≤撂餐 加 № 眩 8 4 z ≤据餐 8 5 2 9 6 3 z ≤嬉襻 8 5 2 9 6 3 z ≤炬瓣 万方数据 4 5 6 煤炭学报 2 0 2 1 年第4 6 卷 Z ≤ 堰 搭 2 0 1 6 堇1 2 篓s 4 5 2 5 2 0 蚤1 5 蒸1 0 1 52 50 H { I 可f } s O1 02 03 0 2 0 1 6 蚕1 2 萎s 至 己 迄 4 I 时间∥s Ol O2 03 0 q 6 O 时问r ／s 1 02 03 0 时间，／s Z ≤ 枢 柩 蚕 9 纛e 至 8 墓。 柩d 2 2 0 1 6 至1 2 襄s 4 1 02 03 0O 时问∥s a 4 5 0W ，4 8 0s 2 0 16 至12 粪s 4 t bP 3 一 P c ⋯ } i ／s t a g e ‘ 摹 峥 是．一 一 | C | ， 装 ／7 l om s 寸 ／■ 敬 2 03 0 3 9I52 l01 02 03 0 时阳J f ／s时间∥s b 9 0 0W ，2 4 s t 1 一P 8 一 I尸c ⋯． 广1 ，■ 垂．／ S t a g eI 一 ； 警I ／高一l 0 0 0m s 零 一 叫 卜 卜 l O2 03 0 时川，／s c 13 5 0W ，1 6 0s l O 8 蚕 6 粪。 2 0 Ol O2 03 0O 时问，／s d l8 0 0W ，1 2 0s 41 22 0 时间f ／s t DP 1 2 I P c ～． 一． 毒考 l g eI 一装 吨 ‘寸- _ _ _ _ 一 装 m S ．1 高 图4不同能量组合的微波辐射后煤样的载荷P ，时间￡曲线 1 02 03 0 } 对l 司∥s F i g ．4 l 。 H 【l t i n l P 。I I l ’v eo ft ’o a ls a m p l P sa 士t e rn l i 【。1 1 J w a v Pi r r a 1 i a t i nw j t h 1 i f h r e n te n e r g ys f n l t u r e 荷一时间曲线的峰后段均出现压降台阶，峰前积聚的 弹性能得到分段释放。这表明在微波辐射下煤体内 部骨架结构发生变化，且煤样破坏过程中部分块体发 牛剥离、释放能撞，此时煤样仍具有稳定的结构并有 一定承载能力；但是，随着应力的持续增加，煤样再次 发生破裂直至完全失去承载能力，台阶式破坏导致煤 样动态破坏时间增加，使得该指标冲击等级由“强冲 击”转为“弱冲击”和“无冲击”。 5 2 9 6 3 O O 8 6 4 2 O 2 O 8 6 4 2 7互＼妪舔 3 0 2 O 万方数据 第2 期 胡国忠等微波辐射降低硬煤冲。{ i 倾阿陀试验研究 4 5 7 芒 。 司 捌 粤 厘 曾 基 督 伯 督 图5 煤样的“增鲑‘了微波能艟的变化天系 F i g ．5R e l a t i o n s h i F |