Обоснование и разработка способов геоконтроля на основе закономерностей акустической эмиссии в образцах угля при механическом и термическом нагружении

Кучурин, Станислав Валерьевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Обоснование и разработка способов геоконтроля на основе закономерностей акустической эмиссии в образцах угля при механическом и термическом нагружении
ВАК РФ 25.00.20, Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Автореферат диссертации по теме "Обоснование и разработка способов геоконтроля на основе закономерностей акустической эмиссии в образцах угля при механическом и термическом нагружении"

На правах рукописи УДК 622.02:539.2

/У"

Кучурин Станислав Валерьевич '

ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ГЕОКОНТРОЛЯ НА ОСНОВЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ В ОБРАЗЦАХ УГЛЯ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОМ И ТЕРМИЧЕСКОМ

НАГРУЖЕНИИ

Специальность 25 00 20 - «Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2008

003169703

Работа выполнена в Московском государственном горном университете

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Шкуратник Владимир Лазаревич

Официальные оппоненты: доктор технических наук Захаров Валерий Николаевич кандидат технических наук Тавостин Михаил Николаевич

Ведущее предприятие - Институт горного дела СО РАН

Защита состоится «¿9» ^-^^2008 г ъ И часов на заседании диссертационного совета Д-212.128.05 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект,6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета

Автореферат разослан « » 2008г

Учёный секретарь диссертационного совета докт техн. наук МЕЛЬНИК В В

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Изучение механизмов и закономерностей деформирования и разрушения горных пород при различных режимах механического и термического нагружения является одной из приоритетных задач экспериментальной геомеханики Основным направлением решения данной задачи были и остаются испытания на образцах, сопровождаемые комплексом деформационных, акустических, электрических и других видов измерений В последние годы предпринимаются активные попытки включения в указанный комплекс параметров акустической эмиссии, которая зарекомендовала себя как эффективный инструмент исследований в области физики прочности и пластичности геоматериалов

В то же время следует отметить, что большинство акустоэмиссионных исследований в угле проводились в звуковом и нижнем ультразвуковом диапазоне частот, а соответствующая измерительная аппаратура имела низкую абсолютную чувствительность и помехозащищенность Как следствие, с учетом высокого частотно-зависимого затухания упругих волн в угле, акустическая эмиссия (АЭ) позволяла изучать преимущественно процессы макроразрушения геоматериала и не давала информации о динамике его «тонкой» структуры, знание которой необходимо для выявления механизмов и количественных закономерностей деформирования и разрушения образцов Кроме того, объем акустоэмиссионных исследований на образцах угля при их механическом нагружении до настоящего времени довольно ограничен и не охватывает всех практически важных режимов указанного нагружения Отсутствуют также данные о закономерностях АЭ образцов угля при различных видах термического нагружения Что касается способов геоконтроля, базирующихся на информации, получаемой при акустоэмиссионных исследованиях на образцах, то они разрабатывались только применительно к классическим хрупким и пластичным горным породам и не могут быть автоматически распространены на уголь

Таким образом, представляется актуальной задача установления закономерностей АЭ при различных режимах механического и термического нагружения угля и разработки на этой основе способов оценки его физико-механических свойств, напряженно-деформированного состояния и максимальных ранее испытанных температур

Исследования, представленные в работе, проводились при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (гранты № 04-05-64885, 07-05-00045) и фонда "Ведущие научные школы России" (грант № НШ-1467 2003 5)

Цель работы состоит в экспериментальном исследовании закономерностей акустической эмиссии в образцах угля при различных режимах механического и термического нагружения, обосновании и разработке на этой основе способов оценки физико-механических свойств, напряженно-деформированного состояния угля и испытанных им температур

Идея работы заключается в применении информативных параметров акустической эмиссии для идентификации стадий деформирования, границ переходов между указанными стадиями, оценки физико-механических свойств и состояния угля, а также воздействовавших на него температур

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1 Механическое деформирование и разрушение образцов угля отражается в устойчивых аномалиях информативных параметров АЭ, по которым могут быть определены стадии деформирования, переходы между ними, а также физико-механические свойства и состояние угля при комплексных ме-хано-акустоэмиссионных измерениях

2 Угольные образцы обнаруживают специфику проявления акусто-эмиссионных свойств при механическом и термическом нагружении по сравнению с классическими хрупкими и пластичными горными породами в аналогичных условиях испытаний Уголь характеризуется аномально высокими значениями активности АЭ и наличием представительной эмиссии в широком диапазоне исследованных режимов нагружения, что создает предпосылки отнесения угля к отдельному классу объектов акустоэмиссионных исследований и идентификации его по типу «акустоэмиссионных паспортов»

3 Закономерности формирования и проявления акустоэмиссионного и термоэмиссионного эффектов памяти в антраците свидетельствуют о высокой степени четкости и сохранности данным геоматериалом акустоэмисси-онной информации об истории испытанных циклических воздействий В то же время каменный (коксовый) уголь свойством термоэмиссионной памяти не обладает

4 При трехосном осесимметричном нагружении образцов антрацита в первом цикле и одноосном - во втором акустоэмиссионный эффект памяти имеет место при напряжении, представляющем собой линейную комбинацию главных напряжений первого цикла. о>я = а/-(к + 1) сг/, где к = 1 2-3 6 -экспериментально установленный и индивидуальный для антрацита коэффициент, зависящий от трения между берегами трещин

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются

- непротиворечивостью результатов экспериментальных исследований акустоэмиссионного эффекта памяти угля и результатов, прогнозируемых на основе разработанных ранее теоретических моделей, базирующихся на концепции трещинообразования в геоматериалах при сжатии за счет роста трещин растяжения, порождаемых начальными трещинами сдвига,

- удовлетворительной сходимостью (с погрешностью, не превышающей нескольких процентов) результатов оценки свойств и состояния угля, получаемых на основе акустоэмиссионных и традиционных деформационных измерений,

- хорошей воспроизводимостью закономерностей АЭ, полученных при проведении акустоэмиссионных измерений в каждом из однотипных режимов нагружения на статистически значимом количестве (более десяти) образцов угля одного генетического типа

Научная новизна исследований заключается:

- в установлении закономерностей АЭ образцов угля, а также особенностей формирования и проявления акустоэмиссионного эффекта памяти в них при различных режимах механического нагружения,

- в установлении закономерностей АЭ в образцах каменного угля и антрацита при различных режимах термического нагружения, а также особенностей формирования и проявления термоэмиссионного эффекта памяти в антраците,

- в установлении закономерностей влияния помеховых факторов различной физической природы на формирование и проявление термоэмиссионных эффектов памяти в образцах антрацита,

- в обосновании и разработке способов оценки физико-механических свойств угля, а также испытанных им ранее механических напряжений и температур по результатам акустоэмиссионных измерений на образцах

Научное значение работы заключается в установлении экспериментальных закономерностей АЭ при различных режимах механического и термического нагружения образцов угля, а также взаимосвязей информативных параметров АЭ с механическими свойствами, стадиями деформирования и напряженным состоянием угольных образцов

Практическое значение работы состоит в обосновании и разработке методики оценки механических свойств, стадий деформирования и напряженного состояния угля, а также испытанных им максимальных температур с использованием акустоэмиссионных измерений на образцах

Реализация работы. На основе проведённых исследований создана "Методика оценки физико-механических свойств, напряженно-деформированного состояния угля и воздействовавших на него температур на основе акустоэмиссионных измерений на образцах", которая передана для использования в МГГУ, ИГЖОН РАН, ИГД СО РАН, ИУ и УХ СО РАН, ННЦ ГП - ИГД им А А Скочинского и другие организации

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научных симпозиумах "Неделя горняка" (Москва, 2004 - 2008), Международной научной конференции молодых ученых "Проблемы освоения полезных ископаемых" (Санкт-Петербург, 2005), XIX сессии Российского акустического общества (Нижний Новгород, 2007) Отдельные аспекты диссертационной работы были представлены и удостоены дипломов на П-ой Всероссийской выставке-ярмарке научно-исследовательской и инновационной деятельности студентов, аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений РФ "Иннов-2005" (Новочеркасск, 2005) и Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи "НТТМ-2005" (Москва, 2005) Исследования автора по АЭ при механическом деформировании образцов угля участвовали в открытом конкурсе 2005 г на лучшую научную работу студентов по естественным, техническим и гуманитарным наукам в вузах РФ и были удостоены диплома I степени Министерства образования России «За лучшую научную работу»

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных работ

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 181 странице, содержит 91 рисунок, 6 таблиц, список литературы из 105 наименований

Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю проф, дтн Шкуратнику В Л, коллективу кафедры "Физико-технический контроль процессов горного производства" МГГУ, сотрудникам ООО "Подземгазпром" и ООО "Спецконтроль и диагностика", а также близким и друзьям за постоянную поддержку, помощь и внимание

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Современное состояние исследований в области акустоэмиссионных процессов при различных режимах деформирования и нагревания угля

Несмотря на постоянно меняющуюся социально-экономическую ситуацию как в России, так и в мире уже в течение нескольких столетий интерес к такому виду полезного ископаемого, как уголь остается весьма значительным Он по-прежнему является наиболее разведанным в мире топливным ресурсом, важнейшим, незаменимым сырьем в металлургической, химической и смежных отраслях промышленности

Изучение закономерностей АЭ в угле может способствовать успешному решению таких актуальных задач, как определение физико-механических свойств угля, идентификация стадий его деформирования, оценка параметров напряженно-деформированного состояния, контроль процессов упрочнения и разупрочнения, прогноз опасных динамических явлений

Исследованиями АЭ в образцах угля в разные годы занимались такие ученые, как Андреев С Ю, Бугаенко Л В., Булат А Ф, Иванов-Шиц Н К, Исаев Ю С , Константинова А Г, Преловский Н Н, Приходченко В Л, Рыжов Г Я, Фатхи В А , Хохолев В К, Яковлев Д В (СССР и Россия), Мак-Кейб В М, Хайдингер Дж X, Хэйр А В , Чу Й П (США), Сето М (Япония), Вутукури В С, Наг Д К (Австралия), Зитек Я, Маевска 3 (Польша) и др Однако полученные ими результаты носили ограниченный характер и не затрагивали многих важных вопросов, связанных с практическим использованием АЭ-метода для решения задач геоконтроля Это во многом было связано со специфическими особенностями угля, осложняющими его ахустоэмис-сионные исследования, а также с несовершенством соответствующего аппаратурного обеспечения

Анализ результатов исследований в области АЭ угля и других типов пород при различных физических воздействиях на них позволил сделать следующие выводы

1 Накопленный опыт АЭ исследований различных типов геоматериалов позволяет рассматривать метод АЭ как эффективный инструмент решения фундаментальных и прикладных задач в области физики и механики горных пород

2 Специфические особенности углей как объектов акустоэмиссионных исследований и уникальность свойств данного природного материала в сравнении с другими горными породами осложняют изучение и интерпретацию АЭ в углях, при этом закономерности АЭ, характерные для классических хрупких и пластичных пород, не могут быть распространены на уголь,

3 Обзор имеющейся в настоящий момент информации о закономерностях АЭ в угле при различных механических и термических воздействиях на него указывает на ограниченность, бессистемность и противоречивость данных. В полученных данных практически отсутствуют сведения об особенностях АЭ на различных стадиях и при различных режимах механического и термического нагружения

4 В области изучения акустоэмиссионного эффекта памяти в угле отсутствует информация о проявлении его при различных условиях нагружения в последовательных циклах (соотношения величин и направлений напряжений, скоростей нагружения) и в запредельной области деформирования Воздействия помеховых факторов (кроме временного), снижающих четкость и даже полностью подавляющих проявления эффекта, не исследованы

5 Информация о закономерностях АЭ и термоэмиссионном эффекте памяти (ТЭП) при различных режимах термического нагружения (нагревания) образцов угля, а также о влиянии помеховых факторов различной физической природы на указанный эффект памяти в угле в настоящее время отсутствует

Эти выводы, с учетом указанной выше цели работы, позволяют сформулировать следующие основные ее задачи-

1 Исследовать экспериментально закономерности АЭ при различных режимах механического и термического нагружения образцов угля

2 Исследовать закономерности акустоэмиссионного и термоэмиссионного эффектов памяти образцов ископаемых углей при различных режимах их циклического механического и термического нагружения

3 Выявить взаимосвязи информативных параметров АЭ угля с показателями механических свойств образцов, стадиями деформирования, предшествующей термодинамической историей, режимами и условиями механического нагружения и нагревания угольных образцов

4 Обосновать и оценить возможности экспериментальных способов оценки физико-механических свойств, напряженно-деформированного состояния угля и температур, испытанных данным геоматериалом, на основе акустоэмиссионных измерений на образцах

2. Экспериментальные исследования закономерностей акустической эмиссии в образцах угля при различных режимах механического нагружения

Объектом исследования в настоящей работе являлся антрацит пласта ¡з" «Степановский» бывшей шахты «Западная» (г Новошахтинск Ростовской обл) Механические испытания проводились на цилиндрических образцах

высотой 100 мм и диаметром 50 мм, которые выбуривались из монолитных блоков, отобранных с глубины около 700 м

Для экспериментальных одноосных и трехосных испытаний образцов угля использовались стабилометр БВ-21 (конструкции ВНИМИ) и испытательная машина EU-100 (Германия) Каждому из режимов испытаний было подвергнуто не менее чем по 10 образцов, что обеспечивало представительность полученных экспериментальных данных Одноосное сжатие осуществлялось в двух различных режимах- при постоянной скорости нагружения (<т, = const) и при постоянной скорости продольной деформации (si = const). Трехосное сжатие производилось по схеме Кармана (а) > а2 - сг3, где а, -главные напряжения, г = 1, 2, 3) с заданной скоростью осевой деформации £\ я 10"5 с"1 Эксперименты по трехосному деформированию осуществлялись при различных уровнях бокового давления 5, 10, 15 и 20 МПа Трехосное сжатие образцов антрацита производилось в два этапа создавалось гидростатическое обжатие о> = сг2 = а3 и затем сразу же повышалось дифференциальное напряжение Acrt = а¡- а2 (oj - ст3- боковое давление). В результате были получены полные диаграммы деформирования образцов угля по схеме Кармана при различных значениях а2 Исследования проводились с помощью компьютеризированной измерительной системы, позволявшей вести автоматизированную регистрацию механических и акустоэмиссионных параметров При этом в экспериментах измерялись величины осевого напряжения а>, при трехосном сжатии - значения Acrt и сг2 = о>; продольной £> и поперечной е2 деформаций с использованием компьютеризированной тензометриче-ской аппаратуры СИИТ-2 Индикаторы часового типа и упругие кольца для регистрации соответственно продольных и поперечных деформаций, манометр бокового давления и динамометр были оснащены тензорезисторами Регистрация активности АЭ n велась пьезопреобразователем посредством аку-стико-эмиссионного измерительного комплекса A-Line 32D в полосе частот от 30 до 500 кГц По результатам испытаний производился расчет значений объемной деформации £у = Sj + 2a2yi суммарной АЭ Nr Далее строились различные графические зависимости О; - £>, - <т;, n- о>, n - elt nr - sj, Act, - eh ¿v - Acti, N-Aoi Совместный анализ акустоэмиссионных и деформационных кривых был использован для идентификации стадий деформирования и границ между этими стадиями, а также для оценки физико-механических свойств угля

На рис 1 в качестве примера приведены характерные графические зависимости <7; - е, И n - е] ДЛЯ угля при ОДНООСНОМ испытании С £i = const На указанном рисунке обозначены стадии деформирования I — пригрузки, П -упругая, III - упруго-пластическая, IV - предельного разрушения, V - запредельного разрушения и VI - запредельной дезинтеграции. Границы между стадиями обозначены пунктирными линиями и соответствуют определенным характеристикам физико-механических свойств угля Переход от стадии Б к III соответствует достижению предела упругости <те, от ГП к IV - предела длительной прочности 07ю Границей между стадиями IV и V является предел

мгновенной прочности при одноосном сжатии ас, между стадиями V и VI -аГ в запредельной области деформирования. В случае одноосного нагружения утля с <т, = const выделяются четыре допредельные стадии деформирования I - IV. При рассмотрении графиков зависимостей N- сг; граница перехода между стадиями III и IV (07*) может быть уточнена по максимуму кривой ev, обозначающему переход от уплотнения к началу дилатансии угля.

Рис. ]. Графики зависимостей <У[ - £) и N - £/ при одноосном деформировании угля с постоянной скоростью

Стадия I сопровождается всплеском скорости счета АЭ. В стадии П значения N минимальны. Упруго-пластическая стадия Ш характеризуется возрастанием активности АЭ. Стадия IV сопровождается величинами N, близкими к максимальным. В запредельной области за спадом активности АЭ после достижения а„ сопровождающим стадию V, происходит ее возрастание до значений, близких к максимальным (7Vmax), которые соответствуют а Г в данной области. В дальнейшем происходит постепенное уменьшение N до (0.3 - 0.4)Лгтах в процессе окончательной дезинтеграции образцов на стадии VI.

Сравнение графиков зависимостей Nz - Sj и Оу - Si позволяет идентифицировать некоторые стадии деформирования и пределы прочности угля. Для случая одноосного деформирования угля с s\ = const были выделены следующие четыре стадии: 1 - упругая, 2 - упруго-пластическая, 3 - запредельного деформирования и 4 - остаточной прочности. Переходы между стадиями сопровождаются изменением угла наклона графиков Nr - что отражается в появлении перегибов, соответствующих достижению ае - границы между 1 и 2 стадиями, ас. - между 2 и 3, предела остаточной прочности сг0 - между 3 и 4 стадиями. В случае нагружения угля с = const на графиках Nr - sj выделяются стадии 1 и 2.

На рис 2 показаны типичные графики зависимостей А а/ -£■; и N-61 для угля при трехосном деформировании в условиях о> = 5 МПа Стадия деформирования - пригрузки, АВ - упругая, Ж) - упруго-пластическая, БЕ -предельного разрушения, - запредельного разрушения и ^С? - запредельной дезинтеграции Границы между стадиями и другие характерные точки, определяющие физико-механические свойства угля, далее обозначены так же, как и в случае одноосных испытаний, но с прибавлением А, т к рассматриваются в значениях дифференциального напряжения Граница В соответствует достижению Лае, точка С - достижению АаГ, граница Е - Аас и граница ^ -Аа0

В/

Рис 2 Графики зависимостей АсТ]- е1 и N-81 для угля при боковом давлении 5 МПа

Из рис 2 видны особенности проявления активности АЭ, соответствующие выделенным стадиям деформирования и границам между ними Для повышения достоверности определения АаГ дополнительно используются графики зависимостей - Аа} и N - АОднако выявление максимума зависимости £ц - Ас71 не всегда оказывается возможным и он не всегда соответствует АаГ В то же время наиболее быстрое возрастание активности эмиссии, как параметра, обладающего для угля большей структурной чувствительностью и адекватностью по сравнению с деформационными характеристиками, позволяет однозначно идентифицировать момент достижения АаГ

В случае деформирования образцов угля по схеме Кармана, как и при одноосных испытаниях с постоянной скоростью продольной деформации, по аномалиям графиков Л^ - Е] возможна идентификация указанных выше четырех стадий деформирования При этом четко определяются моменты достижения, по крайней мере двух границ между тремя начальными стадиями -Аае и Аас, достижение Аа0 не всегда удается однозначно идентифицировать

Наряду с частными аномалиями АЭ на различных стадиях и границах между ними были выявлены также два типа акустоэмиссионного поведения образцов угля при деформировании Их общая сущность заключается в следующем При одноосном деформировании с ^ = const и трехосном при высоких значениях о} (15 и 20 МПа) основной процесс интенсивного инициирования разрушения протекает в околопредельной и запредельной областях деформирования. В случае же воздействия умеренных боковых давлений (5, 10 МПа) активное накопление поврежденности в образцах протекает в допредельной зоне.

Результаты проведенных экспериментов свидетельствуют о наличии устойчивых закономерностей в поведении информативных параметров АЭ образцов угля в зависимости от стадий деформирования, режимов и схем механических испытаний

Одноосное циклическое нагружение антрацита позволило сделать несколько выводов о поведении АЭ. в частности о закономерностях Формирования и проявления эффекта Кайзера при указанном виде напряженно-деформированного состояния образцов

1. В угле четко проявляется эффект Кайзера при одноосном нагруже-нии образцов При этом, как и в других типах горных пород, возобновление АЭ происходит несколько раньше достижения максимального уровня сг1 предыдущего цикла, а восстановление n до значений предшествующего цикла при указанном уровне напряжения в тестовых циклах происходит с некоторым запаздыванием (рис 3)

Рис 3 Графики зависимостей <11-1и N -1дляугтгщдвух1р№ювсм№гружетси

2 Влияние изменения скоростей нагружения и разгрузки в пределах от 2 5 до 3 раз на проявление эффекта Кайзера в угле не наблюдается

3 При четырехцикловых испытаниях образцов угля с возрастающей амплитудой нагрузки в 0+1)-ом цикле запоминается максимальное значение

Оу цикла г Максимальные нагрузки циклов, предшествующих /-ому, не проявляются какими-либо аномалиями АЭ и деформаций

4 Формирование АЭ памяти об испытанных углем максимальных напряжениях и деформациях происходит как в упругой, так и в упруго-пластической областях, в частности, при чрезвычайно малых значениях одноосного напряжения, не превышающих 0 2 ас

5 Наиболее явно при испытании с заданной скоростью одноосного на-гружения в образцах антрацита проявляется акустоэмиссионный эффект памяти (АЭЭП) Деформационный эффект памяти проявляется менее однозначно или отсутствует При этом характерные аномалии параметров АЭ позволяют наиболее четко и адекватно определять максимальные значения испытанных ранее напряжений и деформаций

Изучение закономерностей формирования и проявления акустоэмисси-онного и деформационного эффектов памяти угля в условиях трехосного осесимметричного деформирования в последовательных циклах при заданном уровне бокового напряжения, а также при трехосном осесимметричном сжатии в первом (установочном) цикле деформирования (значения бокового напряжения были различны), и одноосном - во втором (тестовом) цикле привело к следующим выводам

1 Проявление свойства АЭ памяти в извлеченных из массива образцах угля при их одноосном нагружении может служить характеристикой сложного напряженного состояния, испытанного углем в массиве

2 По сравнению с классическими пластичными и скальными породами однозначная идентификация АЭ эффекта памяти в углях является более сложной задачей В связи с этим представляется целесообразным осуществлять ее решение на основе совместного использования акустоэмиссионного и деформационного эффектов памяти

3 При совпадении направления одноосного нагружения во втором (тестовом) цикле с направлением максимального сжимающего главного напряжения в первом (установочном) цикле трехосного осесимметричного сжатия образцов угля эффект Кайзера имеет место при достижении одноосным тестовым напряжением значения о>/7 (рис 4) Указанное напряжение с1*п представляет собой линейную комбинацию максимальных значений главных напряжений а'тш и (т/пп предшествующего цикла трехосного деформирования по схеме Кармана, выраженную зависимостью ах *" = о-/»», -(А+1)сг/т«х В указанной зависимости для исследованного антрацита экспериментально установлено, что к = 1 2-3 6 В среднем значение к может быть принято для антрацита равным 2 35

400

350

о 300

§ 250

200-

150-

100-

50-

I цикл деформирования

II цикл деформирования

400

800 1200 Время, с

г—£ 1 1 1

1 1 1

- А' э-э4 фек г паи 1 1 ЛЯт* N4

Л _л / 2 ! 1 я

1 <

80 ООО 70000 60000 . 50000 К 40000 ^ 30000 20000 10000

1600

Рис 4 Изменение во времени активности АЭ n и суммарной АЭ Л^ при одноосном деформировании угля во втором цикле после трехосного осесим-метричного сжатия в первом цикле

Экспериментальные исследования позволили выявить особенности формирования и проявления эффекта Кайзера в образцах антрацита на различных стадиях трехосного деформирования по схеме Кармана в допредельной и запредельной областях (применялись разные величины бокового напряжения, но в последовательных циклах одного эксперимента значение о> -сохранялось неизменным)

1 В антраците, характеризуемом относительно низкой прочностью по сравнению с другими горными породами и высокими значениями коэффициента к, обладающего широким диапазоном возможных значений, с ростом величин бокового напряжения о> = а3 увеличивается вероятность, что АЭ память не сформируется При низких значениях осевого напряжения отсутствие АЭП антрацита объясняется, по-видимому, тем, что не происходит превышения порогового напряжения а^ = (к + 1)с>з При высоких же значениях осевого напряжения отсутствие эффекта Кайзера в антраците обусловлено, вероятно, достижением предела длительной прочности Кроме того, об условиях формирования АЭП в угле целесообразно судить также по поведению (линейному или нелинейному) графика е3- ла/ (или £з - сг/),

2 Обозначенные жесткие условия формирования акустоэмиссионной памяти в угле часто могут приводить к отсутствию эффекта Кайзера в допредельной области деформирования Проявление же деформационного эффекта памяти по изменению поведения кривой Лег/ - е1 наблюдается на любых стадиях деформирования до предела и за пределом прочности угля Эффект

Кайзера угля в запредельной области наблюдается практически всегда, даже на пределе остаточной прочности, и обладает наибольшей четкостью проявления, что обуславливает перспективные возможности его использования для оценки напряжений в окояовыработочных областях пласта антрацита

3. Для исключения ошибочной интерпретации АЭ при деформировании угля целесообразно осуществлять совместный анализ проявлений АЭ и деформационного эффекта памяти.

3. Экспериментальные исследования закономерностей акустической эмиссии в образцах угля при различных режимах термического нагружения

Термоэмиссионный эффект памяти (ТЭП) наблюдается при циклическом нагреве горных пород с возрастающей от цикла к циклу амплитудой температуры Данный эффект заключается в невоспроизводимости активности АЭ в процессе циклического нагревания при температурах, значение которых меньше максимального уровня, достигнутого в предшествующем цикле При достижении этого уровня температуры происходит резкое увеличение активности АЭ ТЭП можно рассматривать как аналог эффекта Кайзера, но в условиях не механических, а термических воздействий.

Впервые ТЭП горных пород был обнаружен Т. Тоддом в начале 70-х годов прошлого века в экспериментах на граните Позднее эффект был установлен в экспериментах на соли, мраморе, базальте, ангидрите, кварце, андезите При этом были обнаружены различия характеристик эмиссионного процесса в отличных по генезису и составу породах.

Однако в такой специфической породе, как ископаемый уголь, закономерности АЭ при циклическом нагреве, и в частности ТЭП, не исследовались В то же время очевидно, что знание закономерностей АЭ при циклическом нагреве угля может быть использовано при выявлении температур, ранее воздействовавших на уголь, например в процессе его термической обработки

На ТЭП в углях могут влиять различные помеховые факторы- время, механические воздействия, влага, скорость нагревания и т п Однако закономерности такого влияния ранее не изучались, хотя без знаний этих закономерностей невозможно практическое использование ЭП для восстановления термодинамической истории геоматериалов.

Основные результаты, полученные в экспериментах по изучению закономерностей АЭ при различных режимах термического нагружения образцов ископаемых углей в диапазоне температур от 25 "С до 250 °С. сводятся к следующему.

1. В образцах ископаемого угля различных генетических типов (антрацита и каменного коксового угля) наблюдается принципиально различное проявление акустоэмиссионных откликов при монотонном нагреве.

2. Увеличение скорости нагрева антрацита приводит к повышению активности АЭ, а уменьшение скорости нагрева — к ее спаду. Нулевая скорость

нагрева при постоянной температуре сопровождается очень низким уровнем активности АЭ

3 Стадии нагрева и охлаждения резко отличаются поседением АЭ, особенно для антрацита

4 В образцах антрацита при циклическом нагреве наблюдается термоэмиссионный эффект памяти В образцах каменного коксового угля указанный эффект отсутствует (рис 5)

Г,° С

200

150

100

50-

/V, имп/с N1, имп

в 1

1 А4

Л 1 1 к I

— \ \с \ 1 \ 1 \ 1

(— А — Г

'а Ш - гй, 1,1и ¡р«.. „¿тК», * «1ЯН 1 11о ■1 ,1,.,;)!

1000 2000 ЗООО 4000 5000 6000 7000 8000

г 6000

4800

3600

2400

1200

и О

/V, импЛ Лх,иш1 6000

4300

3600

-2400

-1200

2000 4000

Рис 5 Графические зависимости Т, n и И? от времени í при двухцикловом нагреве образца антрацита (а) и каменного угля (б)

5 ТЭП антрацита начинает проявляться с плавного увеличения активности АЭ перед достижением максимума температуры предшествующего цикла, при указанном максимуме температуры возникают значительные

всплески значений активности АЭ, которые сопровождают дальнейший ее рост Максимум температуры предшествующего цикла соответствует максимальному углу наклона графика зависимости суммарной АЭ от времени после начала его перегиба

6 Память в антраците формируется даже при незначительных температурах 50-60 °С

7 При циклическом нагреве антрацита с возрастающей амплитудой температуры в цикле I + 1 термоэмиссионный эффект памяти Имеет место только при максимуме температуры цикла г С ростом максимума температур четкость проявления эффекта памяти ухудшается Временная выдержка при заданном максимуме температуры улучшает четкость проявления ТЭП

8 При многоцикловом нагревании-охлаждении антрацита с возрастающей максимальной температурой на стадиях охлаждения частота появления единичных импульсов, а также скорость нарастания суммарной АЭ в каждом последующем цикле увеличиваются. Для коксового угля такая закономерность отсутствует

9 При охлаждении ископаемого угля в цикле г + 1 не выявлено надежных признаков памяти о максимуме температуры цикла I или о последнем из испытанных минимумов температуры

10 При охлаждении антрацита в цикле 2 + 1 от максимума температуры, который меньше максимума цикла г, наблюдается акустическое затишье (эмиссия отсутствует)

11. Антрацитом «запоминается» максимальное значение температуры, испытанной за всю недавнюю историю многоциклового термического на-гружения, а не последнее максимальное значение температуры и не значение температуры, наиболее длительное по времени воздействия

Исследование влияния различных помеховых факторов на особенности АЭ углей позволяет сделать следующие выводы

1 Временные интервалы выдержки на воздухе до 6 недель не значительно искажают ТЭП антрацита

2 Воздействие воды на образцы антрацита приводит к повышению активности АЭ Термоэмиссионная память антрацита "стирается" в условиях выдержки в воде образца менаду первым и вторым циклами нагревания. После пребывания в воде антрацитовых образцов в течение, по крайней мере, одной недели поведение эмиссии характеризуется наличием максимума активности при температуре около 120 °С

3 Значение максимума температуры установочного цикла не значительно влияет на сохранность температурной памяти антрацита при условии, что временной интервал между установочным и тестовым циклами нагревания постоянен

4 При фиксированном временном интервале помехового воздействия (3 недели) предварительное нагревание коксового угля повышает активность АЭ в случае выдержки в воде Воздействие воздуха между циклами нагревания I и П в течение 3 недель характеризуется самой высокой активностью АЭ

каменного угля ТЭП в указанном угле не проявляется в исследованных режимах испытаний

5 В исследованном диапазоне изменений скоростей нагревания антрацита в первом и втором циклах (до трех раз) термоэмиссионный эффект памяти формируется и проявляется с высокой степенью четкости Активность акустической эмиссии при более высокой скорости нагревания в цикле П превышает таковую для случая более "медленного" нагревания в цикле II в 15 раз

4. Методика оценки физико-механических свойств, напряженно-деформированного состояния угля и воздействовавших на него температур на основе акустоэмиссионных измерений на образцах

Представленные выше результаты создают предпосылки для разработки и совершенствования способов оценки механических свойств и состояния углей на основе акустоэмиссионного метода

Взаимосвязь информативных параметров АЭ со стадиями деформирования и видом напряженно-деформированного состояния образцов угля выявлена с использованием анализа диаграмм «напряжение - деформация», которые наиболее часто используются для оценки физико-механических свойств и состояния образцов геоматериалов Однако получение указанной экспериментальной информации требует измерения усилий и деформаций При этом деформационные измерения характеризуются значительной трудоемкостью Для угля же в силу особенностей структуры и механических свойств измерение деформаций может не давать однозначных результатов (неустойчивость и неоднородность поведения деформаций образцов угля) или быть вообще невыполнимым (например, наклейка тензодатчиков сопротивления непосредственно на дефектную поверхность угольного образца)

По результатам экспериментов на одной координатной плоскости строят графики зависимостей осевого напряжения <7; (или разности напряжений А о) = о) — и} в случае трехосного осесимметричного деформирования), активности АЭ n и суммарной АЭ Ыг от времени / (рис 6) При этом ось времени (ось абсцисс) является общей, а оси функций от времени (оси ординат) целесообразно строить три для удобства интерпретации результатов ( в силу разномасштабное™ величин о/ (или Аа^, N и Ит) Определяют момент проявления аномалии АЭ, соответствующий определенному показателю физико-механических свойств, восстанавливают в точке данного момента времени перпендикуляр к оси абсцисс до пересечения с графиком зависимости а) (или Ла{) от времени Из указанной точки пересечения проводят перпендикуляр к оси значений 07 (или Ла^), определяя численное значение напряжения, соответствующего показателю физико-механических свойств угля

Л^.имп

Т 100000

- 90000

- 80000 7оооо

- 60000 50000

- 40000

- 30000 2оооо

- 10000 ^ о

Рис 6 Графики зависимостей напряжения и параметров АЭ от времени при одноосном сжатии образца угля в режиме постоянной скорости деформации (жесткий режим)

При постоянной скорости продольной деформации формы графиков зависимостей напряжения от продольной деформации и от времени подобны, что облегчает интерпретацию экспериментальных данных Аналогичное подобие имеет место и при осесимметричном трехосном сжатии с заданной скоростью продольной деформации для графиков зависимостей Ао} -г;и Асг; -1 Это объясняется тем, что время в ходе на1ружения пропорционально продольной деформации образцов в случае режима испытаний с постоянной скоростью перемещения траверсы пресса

Графики зависимостей параметров АЭ от напряжения имеют характер, подобный зависимостям параметров АЭ от времени, и позволяют сразу определить величину физико-механических свойств угля, соответствующую определенной аномалии поведения АЭ Однако в случае получения полных диаграмм деформирования (в режиме заданной скорости деформации) величина напряжения снижается за пределом мгновенной прочности, что затрудняет использование графиков зависимостей параметров АЭ от напряжения из-за неудобства их интерпретации К тому же в случае использования двух независимых систем измерения механических и акустоэмиссионных параметров оптимальным является совместное рассмотрение результатов именно во времени, для чего осуществляется синхронизация начал отсчетов времени измерений для указанных систем

Погрешность определения диапазона возможного значения отношения о>/о2 зависит от погрешности определения отношения о> / ст;*". Крайняя неоднородность структуры угля определяет существенный разброс значений коэффициента к, что, в свою очередь, определяет довольно широкий диапазон возможных значений отношения сг;/ф

о,, МПа 10

N. имп/с 500

При значениях о> / О]*",близких к единице, диапазон значений оу/о^ становится неопределим из-за асимптотического стремления к бесконечности

Наиболее определен и стабилен диапазон значений отношения Оу/рг при величинах сг; / а¡*и>Ъ

Для практических целей оценки аналога коэффициента бокового распора (сг2/о7) в некоторой области антрацитового пласта можно рекомендовать использование среднего значения к = 2 35 при условии, что значение априори известно, а сг> = сг3

Если в процессе термического воздействия на образец антрацита на фоне монотонного возрастания активности АЭ возникнет аномалия, проявляющаяся в ярко выраженном изломе и стабильном возрастании графика суммарной АЭ, то данную специфическую особенность поведения эмиссии следует рассматривать как момент достижения максимальной ранее воздействовавшей на уголь температуры

К основным ограничениям применимости акустоэмиссионного эффекта памяти в образцах антрацита для определения их напряженно-деформированного состояния можно отнести следующее

- высокие значения коэффициента к и значительная их дисперсия,

- относительно малая прочность угля,

- в пласте антрацита зачастую может реализовываться ситуация, близкая к гидростатическому напряженному состоянию (коэффициент бокового распора X = 0 5-1), в то время как для формирования памяти в угле необходимы, как минимум, значения к < 0 3

К основным ограничениям применимости термоэмиссионного эффекта памяти в образцах антрацита для оценки воздействовавшего на них амплитудного значения температуры можно отнести

- скалярный характер теплового поля (в сочетании с тензорным механическим полем в условиях естественного залегания в земной коре),

- генетический тип угля (эффект наблюдается в антраците и отсутствует в каменном угле),

- релаксация температурной памяти антрацита (как правило, запаздывание проявления эффекта)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, представляющей собой научно-квалификационную работу, на основе экспериментальных исследований решена задача установления закономерностей акустической эмиссии при различных режимах механического и термического нагружения образцов угля и разработки на этой основе способов оценки его физико-механических свойств, напряженно-деформированного состояния и максимальных ранее испытанных температур, что имеет существенное значение для повышения качества информационного обеспечения эффективного и безопасного ведения горных работ

Основные полученные лично автором научные и практические результаты работы заключаются в следующем

• Проведены экспериментальные исследования закономерностей АЭ образцов угля при различных режимах их нагружения Установлено, что каждому режиму и каждой стадии деформирования угля соответствуют характерные особенности АЭ, информативные параметры которой испытывают на границах между стадиями характерные аномальные изменения, позволяющие идентифицировать каждую из стадий деформирования и определять механические свойства угля Установлены прогностические акустоэмиссионные признаки приближения дилатансии и предельного разрушения угольных образцов

• Изучены особенности АЭ в образцах угля при циклическом одноосном и трехосном осесимметричном нагружении При этом рассмотрены варианты одноосного или трехосного осесимметричного видов напряженного состояния в последовательных циклах, а также случай одноосного нагружения образцов в тестовом цикле после предварительного трехосного осесимметричного сжатия В результате установлено устойчивое проявление акустоэмиссионного эффекта памяти в антраците

• Получены для образцов антрацита значения безразмерного коэффициента, характеризующего комбинацию главных напряжений, «запоминаемую» углем при трёхосном осесимметричном нагружении в первом цикле и одноосном — во втором

• Выявлены особенности формирования и проявления акустоэмиссионного эффекта памяти в образцах угля на различных стадиях их деформирования и, в частности, в запредельной области

• Экспериментально исследованы закономерности АЭ при различных режимах нагревания образцов антрацита и каменного угля Впервые были выявлены закономерности АЭ и особенности формирования и проявления термоэмиссионного эффекта памяти образцов антрацита при вариации режимов циклического нагревания Установлено, что в каменном (коксовом) угле термоэмиссионная память не формируется и не проявляется

• Установлены закономерности влияния на термоэмиссионный эффект памяти в антраците таких помеховых факторов, как временной интервал между моментом формирования памяти и тестовыми испытаниями, увлажнение, замораживание, изменение скоростей термического нагружения Обоснована необходимость учета влияния указанных факторов при оценке максимальных температур, испытанных углем в массиве

• На основе полученных результатов обоснована методика оценки механических свойств и состояния образцов угля, а также механических напряжений (деформаций) и температур, воздействовавших в ходе геологической или техногенной истории в углепородном массиве (или при термообработке) на данный геоматериал - с использованием акустоэмиссион-ных измерений

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах Издания, рекомендованные ВАК Минобрнауки России

1. Шкуратник В.Л., Филимонов ЮЛ., Кучурин C.B. Экспериментальные исследования акустической эмиссии в образцах угля при одноосном нагружении // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых(ФТПРПИ) -2004 -№5 -С 42-49

2. Шкуратник В Л., Филимонов Ю.Л., Кучурин C.B. Закономерности акустической эмиссии в образцах угля при трехосном деформировании // ФТПРПИ - 2005. - № 1 - С. 53-62

3. Кучурин C.B. Исследования закономерностей акустической эмиссии при деформировании образцов угля с использованием методов статистической обработки экспериментальных данных // Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ) - 2005 - № 4. - С. 60-63

4. Кучурин C.B. Закономерности акустической эмиссии в образцах угля при различных режимах механического нагружения // Полезные ископаемые России и их освоение (Записки Горного института Т 167 Ч 2) - СПб -2006 -С 102-105

5. Шкуратник В Л., Филимонов Ю.Л., Кучурин C.B. Акустоэмиссион-ный эффект памяти в образцах угля при трехосном осесимметричном сжатии//ФТПРПИ -2006 - №3 - С 3-10

6. Кучурин C.B. Акустоэмиссионный метод определения физико-механических свойств и состояния угля в процессе его деформирования // Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ) -2006.-№8 -С 120-126

7. Шкуратник ВЛ., Филимонов Ю.Л., Кучурин C.B. Особенности эффекта Кайзера в образцах угля на различных стадиях трехосного осе-симметричногодеформирования//ФТПРПИ -2007.- № 1 -С 3-10.

8. Шкуратник ВЛ., Кучурин C.B., Винников В.А. Закономерности акустической эмиссии и термоэмиссионного эффекта памяти в образцах угля при различных режимах термического воздействия // ФТПРПИ -2007 - №4.-С 61-70

Прочие издания

9. Кучурин C.B. Современное состояние исследований в области акусто-эмиссионных процессов при деформировании и разрушении, угля (обзор) // В сб научн трудов студентов магистратуры Mi l У Выпуск 5. -М.Изд МГГУ.-2005 -С 160-167

Ю.Шкуратник ВЛ., Филимонов ЮЛ., Кучурин C.B. Акустоэмиссионный эффект памяти при циклическом одноосном нагружении образцов угля // Прикладная механика и техническая физика (ПМТФ) - 2006 -Т 47 - №2 -С 103-109.

Н.Шкуратник ВЛ., Кучурин C.B. Взаимосвязь параметров акустической эмиссии со стадиями деформирования и физико-механическими свойствами образцов угля // Сборник трудов XIX сессии Российского акустического общества Т I - M : ГЕОС, 2007. - С 353-358

12.Кучурин С.В., Шкуратник В.Л. Методика оценки физико-механических свойств, напряженно-деформированного состояния угля и воздействовавших на него температур на основе акустоэмиссионных измерений на образцах - М • Изд МГГУ -2008 - 26 с

Подписано в печать 48.04. °8 Формат 60x90/16 Объем 1 п л Тираж 100 экз Заказ № лес

Типография Московского государственного горного университета Москва, Ленинский проспект, д 6

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Кучурин, Станислав Валерьевич

Введение.

1. Современное состояние исследований в области акустоэмиссионных процессов при различных режимах деформирования и нагревания угля.

1.1. Актуальность проблемы исследования акустоэмиссионных свойств угля

1.2. Особенности угля как объекта акустоэмиссионных исследований.

1.3. Современное состояние исследований закономерностей акустической эмиссии при деформировании, разрушении и нагревании угля.

1.4. Выводы и постановка задач исследований.

2. Экспериментальные исследования закономерностей акустической эмиссии в образцах угля при различных режимах механического нагружения.

2.1. Петрографическая характеристика исследуемых углей.

2.2. Общая характеристика методики проведения экспериментов.

2.3. Закономерности акустической эмиссии образцов угля при одноосном • сжатии.

2.3.1. Постановка экспериментов.

2.3.2. Результаты экспериментов по одноосному испытанию угля в двух режимах: с постоянной скоростью нагружения и постоянной скоростью продольной деформации.

2.4. Закономерности акустической эмиссии образцов угля при трехосном деформировании.

2.4.1. Постановка экспериментов.

2.4.2. Результаты экспериментов.

2.5. Акустоэмиссионный эффект памяти при циклическом одноосном нагру-жении образцов угля. 2.5.1. Постановка экспериментов.

2.5.2. Результаты экспериментов.

2.6. Акустоэмиссионный эффект памяти образцов угля при трехосном осе-симметричном сжатии.

2.6.1. Постановка экспериментов.

2.6.2. Результаты экспериментов по трехосному деформированию угля в последовательных циклах при постоянном боковом напряжении.

2.6.3. Результаты экспериментов по трехосному деформированию угля в установочном цикле и одноосному - в тестовом цикле.:.

2.7. Особенности эффекта Кайзера в образцах угля на различных стадиях трехосного осесимметричного деформирования.

2.7.1. Постановка экспериментов. i ' • »

2.7.2. Результаты экспериментов и их обсуждение.

2.8. Выводы.

3. Экспериментальные исследования закономерностей акустической эмиссии в образцах угля при различных режимах термического нагружения.

3.1. Петрографическая характеристика исследуемых углей.

3.2. Постановка экспериментов.

3.3. Закономерности акустической эмиссии при монотонном нагревании образцов угля различных генетических типов.

3.4. Закономерности акустической эмиссии образцов угля различных генетических типов при циклическом нагревании с возрастающей амплитудой температуры.

3.5. Закономерности акустической эмиссии образцов антрацита при циклическом нагревании с уменьшением амплитуды температуры и стабилизацией температуры.

3.6. Исследование закономерностей влияния помеховых факторов различной физической природы на формирование и проявление термоэмиссионных эффектов памяти в образцах антрацита.

3.6.1. Описание исследованного антрацита.

3.6.2. Постановка экспериментов по изучению воздействия помеховых факторов на термоэмиссионный эффект памяти антрацита.

3.6.3. Исследование влияния фактора времени (временной задержки) на сохранность памяти в антраците.

3.6.4. Исследование влияния увлажнения, временной задержки и замораживания на термоэмиссионный эффект памяти антрацита.

3.6.5. Исследование влияния амплитуды установочной температуры (I цикл нагревания) на термоэмиссионный эффект памяти антрацита при фиксированном значении временного интервала между I и II циклами.

3.7. Особенности акустической эмиссии образцов каменного угля (коксовой марки) в условиях воздействия увлажнения и временной задержки при циклическом нагревании.

3.8. Исследование влияния скоростей нагревания антрацита в I и II циклах на термоэмиссионный эффект памяти.

3.9. Выводы. s • »

4.1. Анализ современных возможностей различных методов для изучения физико-механических свойств и напряженно-деформированного состояния угля.

4.2. Возможности использования методов статистической обработки экспериментальных данных для анализа динамики- акустической эмиссии при деформировании образцов угля.

4.3. Методика оценки параметров физико-механических свойств и напряженно-деформированного состояния угля на основе акустоэмиссионных признаков.

4.4. Методические основы оценки воздействовавших на уголь механических напряжений (деформаций) и температур с использованием эффекта Кайзера и термоэмиссионного эффекта памяти.

4.5. Область применимости акустоэмиссионного и термоэмиссионного эффектов памяти угля для оценки его напряженного состояния и испытанных температур.

4.6. Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование и разработка способов геоконтроля на основе закономерностей акустической эмиссии в образцах угля при механическом и термическом нагружении"

Акустическая эмиссия (АЭ) — явление, сопровождающее любые даже самые незначительные необратимые или частично обратимые изменения структуры твердых материалов под действием внешних факторов различной физической природы. В связи с этим очевидна перспективность использования АЭ для исследования процессов деформирования и разрушения горных пород. Неслучайно, с 50-х годов прошлого столетия регистрацию и анализ динамики параметров АЭ начали применять в практике прогноза опасных динамических явлений на шахтах. Примерно к этому же периоду относятся первые лабораторные исследования закономерностей АЭ на образцах угля, которые позволили установить качественные взаимосвязи параметров АЭ в угле с его прочностью и степенью неоднородности, а также показали, что для различных стадий деформирования характерны индивидуальные особенности эмиссии.

Изучение механизмов и закономерностей деформирования и разрушения горных пород при различных режимах механического и термического нагруже-ния является одной из приоритетных задач экспериментальной геомеханики. Основным направлением решения данной задачи были и остаются испытания на образцах, сопровождаемые комплексом деформационных, акустических, электрических и других видов измерений. В последние годы предпринимаются активные попытки включения в указанный комплекс параметров акустической эмиссии, которая зарекомендовала себя как эффективный инструмент исследований в области физики прочности и пластичности геоматериалов.

В то же время следует отметить, что на начальном этапе, а также и в дальнейшем, большинство акустоэмиссионных исследований в угле проводились в звуковом и нижнем ультразвуковом диапазоне частот, а соответствующая измерительная аппаратура имела низкую абсолютную чувствительность и помехозащищенность. Как следствие, с учетом высокого частотно-зависимого затухания упругих волн в угле, АЭ позволяла изучать преимущественно процессы макроразрушения геоматериала и не давала информации о динамике его «тонкой» структуры, знание которой необходимо для выявления механизмов и количественных закономерностей деформирования и разрушения* образцов. Кроме того, объем акустоэмиссионных исследований на образцах угля при их механическом нагружении до настоящего времени-довольно ограничен?и; не охватывает всех практически важных режимов указанного нагружения, .а: закономерности АЭ^ характерные; для хрупких и пластичных пород, не могут быть распространены на такой' специфический; геоматериал как уголь. Данные; о; закономерностях АЭ5 образцов угля при различных видах термического нагруже-ния в настоящее время отсутствуют. Что касается; способов, геоконтроля, базирующихся на информации; получаемой при акустоэмиссионных; исследованиях на образцах, то они: разрабатывались только применительно к классическим хрупким и пластичным горным породам, и не могут быть автоматически распространены на уголь.

Таким; образом* предстапвляется актуальной' задача установления закономерностей АЭ при различных режимах механического и термического нагру-жения угля и разработки на этой основе способов оценки его физико-механических свойств, напряжённо-деформированного состояния и максимально испытанных температур.

Цель работы состоит в экспериментальном исследовании закономерностей акустической эмиссии в образцах угля при различных режимах механического и термического нагружения и разработке на этой основе способов оценки физико-механических свойств, напряженно-деформированного состояния угля и испытанных им температур.

Идея работы заключается в применении информативных параметров акустической эмиссии для идентификации стадий деформирования, границ переходов между указанными стадиями, оценки физико-механических свойств, состояния угля и воздействовавших на него температур.

Методы исследований: экспериментальное изучение акустической эмиссии в образцах угля при различных режимах механического и термического нагру-жения; компьютерная обработка, интерпретация и анализ полученной информации с использованием аппарата математической статистики на основе применения современного программного обеспечения; обобщение и анализ литературных данных по существующему состоянию изучаемой проблемы.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Механическое деформирование и разрушение образцов угля отражаются в устойчивых аномалиях информативных параметров АЭ, по которым могут быть определены стадии деформирования, переходы между ними, а также физико-механические свойства и состояние угля при комплексных механо-акустических измерениях.

2. Угольные образцы обнаруживают специфику проявления акустоэмис-сионных свойств при механическом и термическом нагружении по сравнению с классическими хрупкими и пластичными горными породами в аналогичных условиях испытаний. Уголь характеризуется аномально высокими значениями активности АЭ и наличием представительной эмиссии в широком диапазоне исследованных режимов нагружения, что создаёт предпосылки отнесения угля к отдельному классу объектов акустоэмиссионных исследований и идентификации его по типу «акустоэмиссионных паспортов».

3. Закономерности формирования и проявления акустоэмиссионного и термоэмиссионного эффектов памяти в антраците свидетельствуют о высокой степени четкости и сохранности данным геоматериалом акустоэмиссионной информации об истории испытанных циклических воздействий. В то же время каменный (коксовый) уголь свойством термоэмиссионной памяти не обладает.

4. При трёхосном осесимметричном нагружении образцов антрацита в первом цикле и одноосном — во втором, акустоэмиссионный эффект памяти имеет место при напряжении, представляющем собой линейную комбинацию главных напряжений первого цикла: ст1 *п = а/шах -(£ + 1)ст-37тах,где к= 1.2-^3.6 — экспериментально установленный и индивидуальный для антрацита коэффициент, зависящий от трения между берегами трещин.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

- непротиворечивостью результатов экспериментальных исследований-акустоэмиссионного эффекта памяти угля и результатов, прогнозируемых на основе разработанных ранее теоретических моделей, основанных на концепции-трещинообразования в геоматериалах при сжатии за счет роста трещин растяжения, порождаемых начальными трещинами сдвига;

Научная новизна исследований заключается:

- в установлении закономерностей влияния помеховых факторов различной физической природы на формирование и проявление термоэмиссионных эффектов памяти в образцах.антрацита;

- в обосновании и разработке способов1 оценки физико-механических свойств угля, а также испытанных им ранее механических напряжений и температур по результатам акустоэмиссиоииых измерений на образцах.

Научное значение работы ^заключается;в. установлении экспериментальных закономерностей? АЭ при различных режимах механического и термического нагружения с образцов угля^ а также взаимосвязей информативных параметров АЭ с механическими свойствами, стадиями деформирования и напряжённым состоянием угольных образцов.

Практическое значение работы состоит в обосновании и разработке методики оценки механических свойств, стадий деформирования и напряжённого состояния^угля; а также испытанных им;максимальных температур с использот ванием акустоэмиссионных измерений на образцах.

Реализация работы. На основе проведённых исследований создана "Методика оценки физико-механических свойств, напряженно-деформированного состояния угля и воздействовавших на него температур на основе акустоэмис-сионных измерений на образцах", которая передана для использования; в МГГУ, ИПКОН РАН, ИГД. GO РАН, Институт угля СО РАН, ННЦ ГИ - ИГ Д им. А.А. Скочинского и другие организации.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научных симпозиумах "Неделя горняка" (Москва, 2004, 2005, 2006; 2007, 2008), Международной: научной конференции: молодых ученых "Проблемы освоения полезных ископаемых" (Санкт-Петербург, 2005), XIX сессии Российского акустического общества Нижний Новгород, 2007). Отдельные аспекты диссертационной работы были представлены и удостоены дипломов на П-ой Всероссийской выставке-ярмарке научно-исследовательской и инновационной деятельности студентов, аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений РФ "Иннов-2005" (Новочеркасск, 2005) и Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи "НТТМ-2005" (Москва, 2005). Исследования автора по АЭ при механическом деформировании образцов угля участвовали в открытом конкурсе 2005г. на лучшую научную работу студентов по естественным, техническим и гуманитарным наукам в вузах РФ и были удостоены диплома I степени Министерства образования России «За лучшую научную работу».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 181 странице (включая 145 страниц текста), содержит 91 рисунок, 6 таблиц, список литературы из 105 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика", Кучурин, Станислав Валерьевич

4.6. Выводы

1. В настоящее время имеются предпосылки, которые указывают на перспективность разработки и совершенствования способов оценки механических свойств и состояния углей на основе акустоэмиссионного метода, так как большинство существующих методов неприменимо или характеризуется, низкой надежностью при исследованиях данного специфического геоматериала.

21 Погрешность определения диапазона возможного значения отношения, ау/сг? зависит от погрешности определения отношения cry / 07 *77. Крайняя неоднородность структуры угля: определяет существенный разброс значений коэффициента к, что в свою; очередь, определяет довольно; широкий диапазон возможных значений отношения 07/<т?.

3. При значениях, ау / сг/ *7/ близких к единице диапазон значений оу/сг? становится неопределим из-за асимптотического стремления к бесконечности.

4; Наиболее определен и стабилен диапазон значений отношения ау/сг? при величинах 07 /сг/*77> 3.

5. Для практических целей оценки аналога коэффицйента>бокового распора (сг?/сг/) в некоторой области антрацитового пласта^ можно рекомендовать использование среднего значения к = 2.35 при условии, что значение оу априори известно, a сг? = о}.

6. Если в процессе термического воздействия на образец антрацита на фоне монотонного возрастания активности АЭ возникнет аномалия, проявляющаяся в ярко выраженном изломе и стабильном возрастании графика суммарной АЭ, то данную специфическую особенность поведения эмиссии следует рассматривать как момент достижения максимальной ранее воздействовавшей на уголь температуры.

7. К основным ограничениям применимости акустоэмиссионного эффекта памяти в образцах . антрацита для- определения их напряженно-деформированного состояния можно отнести следующее:

- высокие значения коэффициента к и значительная их дисперсия;

- относительно малая прочность угля;

- в пласте антрацита зачастую может реализовываться ситуация близкая к гидростатическому напряженному состоянию (коэффициент бокового распора X — 0.5-И), в то время как для формирования памяти в угле необходимы, как минимум, значения X < 0.3.

8. Остаются неисследованными возможности использования эффекта Кайзера в углях, отличных от антрацита.

9. К основным ограничениям применимости термоэмиссионного эффекта памяти в образцах антрацита для оценки воздействовавшего на них амплитудного значения температуры можно отнести:

- скалярный характер теплового поля (в сочетании с тензорным механическим полем в условиях естественного залегания в земной коре);

- генетический тип угля (эффект наблюдается в антраците и отсутствует в каменном угле);

- релаксация температурной памяти антрацита (как правило, запаздывание проявления эффекта).

Заключение

В диссертации, представляющей собой научно-квалификационную работу, на основе экспериментальных исследований решена задача установления, закономерностей акустической эмиссии при различных режимах механического и термического нагружения образцов угля и разработки на этой основе способов оценки его физико-механических свойств, напряжённо деформированного состояния и максимальных ранее испытанных температур, что имеет существенное значение для повышения качества информационного обеспечения эффективного и безопасного ведения горных работ

Основные полученные лично автором научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

• Проведены экспериментальные исследования закономерностей АЭ в образцах угля при различных режимах их нагружения. Установлено, что каждому режиму и каждой стадии деформирования угля соответствуют характерные особенности АЭ, информативные параметры которой испытывают на границах между стадиями характерные аномальные изменения, позволяющие идентифицировать каждую из стадий деформирования и определять механические свойства угля. Установлены прогностические акустоэмиссионные признаки приближения дилатансии и предельного разрушения угольных образцов.

• Изучены особенности АЭ в образцах угля при циклическом одноосном и трёхосном осесимметричном нагружении. При этом рассмотрены варианты одноосного или трёхосного осесимметричного видов напряжённого состояния в последовательных циклах, а также случай одноосного нагружения образцов в тестовом цикле после предварительного трёхосного осесимметричного сжатия. В результате установлено устойчивое проявление акустоэмис-сионного эффекта памяти в антраците.

• Впервые были получены для образцов антрацита значения безразмерного коэффициента, характеризующего комбинацию главных напряжений, "запоминаемую" углем при трехосном осесимметричном нагружении в первом цикле и одноосном - во втором.

Выявлены особенности формирования и проявления акустоэмиссионного эффекта памяти в образцах угля на различных стадиях их деформирования и, в частности, в запредельной области.

Экспериментально исследованы закономерности АЭ при различных режимах нагревания образцов антрацита и каменного угля. Впервые были выявлены закономерности АЭ и особенности формирования и проявления и проявления термоэмиссионного эффекта памяти образцов антрацита при вариации режимов циклического нагревания. Установлено, что в каменном (коксовом) угле термоэмиссионная память не формируется и не проявляется. Установлены закономерности влияния на термоэмиссионный эффект памяти в антраците таких помеховых факторов, как временной интервал между моментом фрмирования памяти и тестовыми испытаниями, увлажнение, замораживание, изменение скоростей термического нагружения. Обоснована необходимость учёта влияния указанных факторов при оценке максимальных температур, испытанных углём в массиве.

На основе полученных результатов обоснована методика оценки механических свойств и состояния образцов угля, а также механических напряжений (деформаций) и температур, воздействовавших в ходе геологической или техногенной истории в углепородном массиве (или при термообработке) на данный геоматериал, с использованием акустоэмиссионных измерений.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Кучурин, Станислав Валерьевич, Москва

1. Трипалин А.С., Буйло С.И. Акустическая эмиссия. Физико-механические аспекты. — Ростов: Изд-во Ростов, ун-та, 1986. — 160 с.

2. McCabe W.M. Acoustic emission in coal: a laboratory study // Proc. 2nd Conf. on Acoustic Emission / Microseismic Activity in Geologic Structures and Materials. — Clausthal. Trans. Tech. Publications. 1980. — P. 35-53.

3. Ямщиков B.C. Контроль процессов горного производства: Учебник для вузов. М.: Недра, 1989. - 446 с.

4. Шадрин А.В., Зыков B.C. Акустическая эмиссия выбросоопасных пластов / ЦНИЭИуголь. — М., 1991. 42 с. (Обзорная информация).

5. Исследование акустоэмиссионных свойств природных материалов в режиме высоких давлений / Л.Ж.Горобец, С.Б.Дуброва, В.Н.Бовенко, О.Ф.Панченко // Физика и техника высоких давлений. 1995. - Том 5. - № 2. — С. 65-74.

6. Khair A.W. Characterizing fracture types in rock/coal subjected to quasi-static indentation using acoustic emission technique // J. Acoust. Emission. — 1985. — V. 4. № 2-3. — P. S1-S6.

7. Seto M., Vutukuri V.S., Nag D.K. Possibility of estimating in-situ stress of virgin coal field using acoustic emission technique // Rock Stress. Proc. Symposium on Rock Stress. Eds: K.Sugawara & Y.Obara. Rotterdam: A.A.Balkema, 1997. -P. 463-468.

8. С. 147-153. — (Акустическая эмиссия материалов и конструкций / Отв. ред. И:И.Ворович; Ч. 2).

9. Анцыферов М.С., Анцыферова Н.Г., Каган Я.Я. Сейсмоакустические исследования и проблема прогноза динамических явлений. М.: Наука, 1971.- 136 с.

10. Шкуратник B.JL, Лавров А.В. Эффекты памяти и вариации физических полей и свойств горных пород при возникновении динамических явлений в массиве // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых (ФТПРПИ). 1999. - № 5. - С. 29-34.

11. Шкуратник В.Л., Лавров А.В. Эффекты памяти в горных породах как предвестники геодинамических явлений // Сб. тр. Междунар. конф. Геодинамика и напряженное состояние недр Земли. — Новосибирск: Изд. СО РАН, 1999. С. 46-50.

12. Черняк И.Л. Периодическое проявление горного давления при разработке угольных месторождений. Учеб. пособие. -М.: МГИ, 1992. — 72 с.

13. Петухов И.М. Горные удары на угольных шахтах. М.: Недра, 1972.229 с.

14. Забавин В.И. Каменные и бурые угли. Химический состав и структура. Свойства. Генезис. -М.: Наука, 1964. 199 с.

15. Гречухин В.В. Изучение угленосных формаций геофизическими методами. М.: Недра, 1980. - 360 с.

16. Физические свойства горных пород и полезных ископаемых (петрофизика): Справочник геофизика / Под ред. Н.Б.Дортман. 2-е изд., пере-раб., доп. - М.: Недра, 1984. - 455 с.

17. Состав и свойства углей и горючих сланцев: Учеб. пособ. / Л.И.Сарбеева, Г.П.Дубарь, Н.К.Евдокимова; Санкт-Петербургский горный институт. СПб, 1993. 137 с.

18. Угли СССР. Справочник / И.А.Ульянов, А.П.Солдатенков, В.К.Дмитриев и др. М.: Гос. научн.-техн. изд-во литер, по горному делу, 1962.

19. Каталог механических свойств горных пород при широкой вариации видов напряженного состояния и скорости деформирования / А.Н.Ставрогин, Е.Ю.Семенова, В.Ф.Авксентьева и др.- JL: изд. ВНИМИ. 1976. - 171 с.

20. Свойства горных пород при разных видах и режимах нагружения /

21. A.И.Берон, Е.С.Ватолин, М.И.Койфман и др. / Под ред. А.И.Берона. — М.: Недра, 1984.-276 с.

22. Агроскин А.А. Физика угля. М.: Недра, 1965. - 352 с.

23. Исследование физико-механических свойств углей при гидростатическом обжатии и квазигидростатическом разрушении давлением / Т.А.Василенко, П.И.Поляков, В.В.Слюсарев // Физика и техника высоких давлений. 2000.-Том 10. -№3. - С. 72-85.

24. Булат А.Ф., Хохолев В.К. Геофизический контроль массива при отработке угольных пластов. — Киев: Наукова думка, 1990. — 168 с.

25. Роль фрактальной структуры ископаемых углей / В.В.Кирюков,

26. B.В.Синолицкий, Н.Н.Сереброва, П.В.Фомин // Тез. докл. 8-го Всес. совещ. по физ. св-вам горн, пород при высок, давлениях и темп.-рах. 4.1. — Уфа. — 1990. —1. C. 71-72.

27. Тарасов Б.Г., Дырдин В.В., Иванов В.В. Геоэлектрический контроль состояния массивов. М.: Недра, 1983. — 216 с.

28. Глушко В.Т., Виноградов В.В. Разрушение горных пород и прогнозирование проявлений горного давления. — М.: Недра, 1982. — 192 с.

29. Majewska Z., Zi^tek J. Acoustic emission generated in systems: coal carbon dioxide and coal — methane // Archives of Mining Sciences. - 1999. - V. 44. - № 2.-P. 245-254.

30. Назарный С.А. Установление предупредительных признаков внезапных выбросов угля и газа с помощью микросейсмических приборов // Уголь. — 1953.-№3.-С. 32-37.

31. Анцыферов М.С., Константинова А.Г., Переверзев Л.Б. Сейсмоакус-тические исследования в угольных шахтах. М.: Изд. АН СССР, 1960. - 104 с.

32. Константинова А.Г. Сейсмоакустические наблюдения при разрушении образцов кизеловского угля. — В сб.: Рудничная аэрогазодинамика и безо»пасность горных работ. М.: Наука, 1964. - С. 155-162.

33. Константинова А.Г. Сейсмоакустические исследования предвыброс ных разрушений угольных пластов. М.: Наука, 1977. — 132 с.

34. Исследования акустической и электромагнитной эмиссии при разрушении образцов угля Центральной района Донбасса / Приходченко В.Д.; Ин-т геотехнической механики АН УССР. — Днепропетровск, 1989: — 8 с. — Деп. в ВИНИТИ 19.06.89 № 4053-В89.

35. Буйло С.И. Акустико-эмиссионный контроль и диагностика опасных динамических явлений в угольном пласте // Дефектоскопия. — 2000. — № 4. — С. 54-63.

36. Исаев Ю.С., Яковлев Д.В. Эмиссионные процессы в образцах углей и пород при трехосных нагружениях // Тез. докл. 8-го Всес. совещ. по физ. св-вам горн, пород при высок, давлениях и темп.-рах. 4.1. — Уфа. 1990. — С. 64.

37. Kaiser J. Erkenntnisse und Folgerungen aus der Messung von Gerauschen bei Zugbeanspruchung von metallischen Werkstoffen // Archiv fur das Eisenhuttenwesen. 1953. - V. 24. - № 1-2. - P. 43-45.

38. Лавров A.B., Шкуратник В.Л., Филимонов Ю.Л. Акустоэмиссионный эффект памяти в горных породах. — М.: Изд. Ml 1 У, 2004. 456 с.

39. Filimonov Y. L., Lavrov А. V., Shafarenko Y. М., Shkuratnik V. L. Memory effects in rock salt under triaxial stress state and their use for stress measurements in a rock mass // Rock Mechanics and Rock Engineering. — 2001. — V. 34. No. 4. -P. 275-291.

40. Lavrov A. Kaiser effect observation in brittle rock cyclically loaded with diferent loading rates // Mech. Mater. 2001. - V. 33. - P. 669-677.

41. Filimonov Y. L., Lavrov A. V., Shafarenko Y. M., Shkuratnik V. L. Experimented Untersuchung des Steinsalzes mittels einaxialem Drucktest mit hydrostatischer Vorbelastung // Gluckauf-Forschungshefte. 2000. -V. 61. - No. 2. -P. 80-83.

42. Filimonov Y. L., Lavrov A. V., Shafarenko Y. M., Shkuratnik V. L. Observation of post-failure Kaiser effect in a plastic rock // Pure and Applied Geophysics. -2002.-V. 159.-P. 1321-1331.

43. Проскуряков H.M., Карташов Ю.М., Ильинов М.Д. Эффекты памяти горных пород при различных видах их нагружения // Эффекты памяти в горных породах. -М.: Изд. МГИ, 1986. С. 22-37.

44. Yong Ch., Wang Ch. Thermally induced acoustic emission in Westerly granite // Geoph. Res. Lett. 1980. - V. 7. - № 12. - P. 1089-1092.

45. Ржевский B.B., Ямщиков B.C., Шкуратник В.JI. и др. Термоэмиссионные эффекты памяти горных пород // Докл. АН СССР. 1985. - Т. 283. - № 4. -С. 843-845.

46. Zogala В., Zuberek W.M., Goroskiewicz A. Acoustic emission in Carboniferous sandstone and mudstone samples subjected to cyclic heating // Mining induced seismicity (Acta Montana, 1992, series A, № 3 (89)). Prague, 1992. - V. II. -P. 5-24.

47. Петровский М.А., Панасьян JI.JL, Хромова В.Б. Эмиссионные эффекты памяти в горных породах при нагревании // Изв. АН СССР: Сер. Физика Земли. 1987.-№ 10. - С.105-108.

48. Todd Т.Р. Effects of cracks on elastic properties of low porosity rocks, Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 1973.

49. Шкуратник В.Л., Лавров А.В. Эффекты памяти в горных породах. Физические закономерности, теоретические модели. — М.: Изд. Академии горных наук, 1997.- 159 с.

50. Zuberek W.M., Zogala В., Dubiel R., Pierwola J. Maximum temperature memory in sandstone and mudstone observed with acoustic emission and ultrasonic measurements // International Journal of Rock Mechanics & Mining Science—1998— Vol.35.-№4-5.

51. Joanne T. Fredrich, Teng-fong Wong. Micromechanics of thermally induced cracking in three crustal rocks // Journal of Geophisical Research. — 1986. — Vol.91.-№ 812.-P. 12,743-12,764.

52. Nemat-Nasser S., Keer L.M., Parihar K.S. Unstable growth of thermally induced interacting cracks in brittle solids // International Journal of Solids and Structures. 1978. - Vol.l4. - P. 409-430.

53. Yoshikawa S., Mogi K. A new method for estimation of the crustal stress from cored rock samples: laboratory study in the case of uniaxial compression // Tec-tonophysics. 1981. - V. 74. - № 3/4. - P. 323-339.

54. Шамина О.Г. Упругие импульсы при разрушении образцов горных пород // Изв. АН СССР. Сер. Геофизическая. 1956. -№ 5. - С. 513-518.

55. Кучурин С.В. Современное состояние исследований в области акусто-эмиссионных процессов при деформировании и разрушении угля (обзор) // В сб. научн. трудов студентов магистратуры МГГУ. Выпуск 5. — М.: Изд. МГГУ. -2005.-С. 160-167.

56. Лавров А.В., Шкуратник B.JI. Акустическая эмиссия при деформировании и разрушении горных пород // Акустический журнал. — 2005. — Том 51, Приложение. — С. 6-18.

57. Методы и средства решения задач горной геомеханики / Г.Н. Кузнецов, К.А. Ардашев, Н.А. Филатов и др. — М.: Недра, 1987. — 248 с.

58. Шкуратник B.JL, Филимонов Ю.Л., Кучурин С.В. Экспериментальные исследования акустической эмиссии в образцах угля при одноосном нагруже-нии // ФТПРПИ. 2004. - № 5. с. 42-49.

59. Шкуратник В.Л., Филимонов Ю.Л., Кучурин С.В. Закономерности акустической эмиссии в образцах угля при трехосном деформировании // ФТПРПИ. 2005. - № 1. - С. 53-62.

60. Кучурин С.В. Закономерности акустической эмиссии в образцах угля при различных режимах механического нагружения // Полезные ископаемые России и их освоение (Записки Горного института. Т. 167. Ч. 2). — СПб. — 2006. -С. 102-105.

61. Шкуратник В.Л., Филимонов Ю.Л., Кучурин С.В. Акустоэмиссион-ный эффект памяти при циклическом одноосном нагружении образцов угля // Прикладная механика и техническая физика (ПМТФ). — 2006. — Т. 47. — № 2. — С. 103-109.

62. Ямщиков В.С., Шкуратник В.Л., Лавров А.В. Эффекты памяти в горных породах (обзор) // ФТПРПИ. 1994. -№ 5. - С.57-69.

63. Pestman B.J., Van Munster J.G. An acoustic emission study of damage development and stress-memory effects in sandstone // Int. J. Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr. 1996. - V. 33. - № 6. - P. 585-593.

64. Шкуратник В.Л., Филимонов Ю.Л., Кучурин? C.B. Акустоэмиссион-ный эффект памяти в образцах угля при трехосном осесимметричном сжатии // ФТПРПИ. 2006. - № 3. - С. 3-10.

65. Шемякин Е.И., Фисенко Г.Л., Курленя М.В., Опарин В.Н. и др. Зональная дезинтеграция горных пород вокруг подземных выработок. Часть III: Теоретические представления // ФТПРПИ. 1987. — №Т. — С. 3-8.

66. Wawersik W.R., Fairhurst С. A Study of Brittle Rock Fracture in Laboratory Compression; Experiments // Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 1970. - Vol. 7.-№>5.-P. 561-575.

67. Шкуратник В.Л., Филимонов Ю.Л., Кучурин C.B. Особенности эффекта Кайзера в образцах угля на различных стадиях трехосного осесиммет-ричного деформирования // ФТПРПИ. 2007. - № 1. - С. 3-10.

68. Шкуратник В.Л., Кучурин С.В;, Винников В.А. Закономерности акустической эмиссии и термоэмиссионного эффекта памяти в образцах угля при различных режимах термического воздействия // ФТПРПИ. — 2007. — № 4. — С. 61-70.

69. Карпов Е.Ф., Клебанов Ф.С., Фирганек Б. и др. Природные опасности в шахтах, способы их контроля и предотвращения / Под ред. Клебанова Ф.С. — М.: Недра, 1981.-471 с.

70. ОСТ 12.14.261-85. Угли бурые, каменные и антрацит: Методы определения пределов прочности при растяжении и одноосном сжатии. Разработан впервые. Введен 01.01.86. -М.: Мин-во угольн. пром-ти СССР, 1985. 16 с.

71. Баклашов И.В., Картозия Б.А. Механические процессы в породных массивах: Учебник для вузов. М.: Недра, 1986. — 272 с.

72. Введение в механику скальных пород / Под редакцией Х.Бока. — М.: Мир, 1983.-276 с.

73. Турчанинов И.А., Иофис М.А., Каспарьян Э.В. Основы механики горных пород. 2-е изд., перераб., доп. - JL: Недра, 1989. - 488 с.

74. Аксенов В.К., Курленя М.В., Леонтьев А.В., Устюгов М.Б. Сравнительная оценка методов* определения абсолютных напряжений в угольном массиве. — В кн.: Измерение напряжений в массиве горных пород. — Новосибирск, 1972.-С. 57-71.

75. Курленя М.В., Аксенов В.К. Руководство по измерению изменений напряжений в угольном массиве скважинными гидравлическими датчиками. — Новосибирск, 1969. 56 с.

76. Hubbert М.К., Willis D.G. Mechanics of hydraulic fracturing // Trans. A.I.M.E., (210).- 1957.-P. 153-168.

77. Акиныиин Б.Т., Филинков А.А. Определение напряжений в буро-угольных пластах по регистрации изменения естественной влажности угля. В кн.: Измерение напряжений в массиве горных пород. - Новосибирск, 1972. — С. 248-255.

78. Физические основы электрометрического метода исследования процесса деформирования массива горных пород / О.В.Сергеев, Е.А.Маркина, И.А.Лившиц // Механика горных пород (Записки ЛГИ им. Г.В.Плеханова, Т. 123).-Л.: Изд. ЛГИ, 1990.-С. 107-112.

79. Мирер С.В., Хмара О.И., Шадрин А.В. Спектрально-акустический прогноз выбросоопасности угольных пластов / ННЦ ИГД им. А.А.Скочинского, Кемеровский государственный университет. — Кемерово: Кузбассвузиздат, 1999.-92 с.

80. Leighton F., Steblay В J. Applications of microseismics in coal mines // Proc. 1st Conf. Conference on AE/MA activity in Geological Structures and Materials. Clausthal. Trans Tech Publications. - 1977. - P. 205-229.

81. Lasocki S. Applications of statistical inference to improve an evaluation of rockburst danger in underground coal mines // J. Acoust. Emission. — 1985. — V. 4. -№2-3.-P. S7-S10.

82. Kornovski J. Linear prediction of hourly aggregated AE and tremors energy emitted from a longwall and its performance in practice // Archives of Mining Sciences. 2003. - V. 48. - № 3. - P. 315-337.

83. Кучурин С.В. Акустоэмиссионный метод определения физико-механических свойств и состояния угля в процессе его деформирования // Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ). 2006. - № 8. — С. 120-126.

84. Ставрогин А.Н., Тарасов Б.Г. Экспериментальная физика и механика горных пород. СПб: «Наука», 2001. - 343 с.

85. Воусе G.M., McCabe W.M., Koerner R.M. Acoustic emission signatures of various rock types in unconfined compression // Proceedings, Acoustic Emission in Geotechnical Engineering Practice, Detroit, Mich. 1981.

86. Pomeroy C.D., Hobbs D.W. The fracture of coal specimens subjected to complex stresses//Steel and Coal. 1962. - Vol. 185.-№ 4926.-P. 1124-1133.

87. Вознесенский A.C., Тавостин M.H. Акустическая эмиссия угля в состоянии запредельного деформирования // ФТПРПИ. — 2005. — № 4. — С. 3-10.

88. Кучурин С.В., Шкуратник В. Л. Методика оценки физико-механических свойств, напряжённо-деформированного состояния угля и воздействовавших на него температур на основе акустоэмиссионных измерений на образцах. М.: Изд. МГГУ.- 2008,-26 с.

Информация о работе

Кучурин, Станислав Валерьевич
кандидата технических наук
Москва, 2008
ВАК 25.00.20

Диссертация

Обоснование и разработка способов геоконтроля на основе закономерностей акустической эмиссии в образцах угля при механическом и термическом нагружении - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы