煤矿冲击地压是煤矿井下巷道、煤柱和采掘工作面等煤岩体突然迅猛破坏而造成的一种动力灾害，冲击地压发生时，煤岩体内所积聚的能量大部分以动能及应力波的形式释放，造成巷道和工作面严重破坏，掀翻生产设备，破坏支架，导致瓦斯异常涌出，造成人员伤亡[1-2]。随着我国煤矿开采向深部转移，冲击地压灾害发生的频度和强度明显增加，对煤矿的安全生产构成了极大的威胁。因此，有效的动力灾害监测方法和手段研究已成为保障煤炭资源安全高效开采的重要科学问题。
已有研究表明[3-8]，煤岩体变形破坏过程由于压电效应、摩擦作用、微破裂导致尖端电荷分离等因素而有电荷产生，且产生的电荷信号与煤岩动力过程密切相关，包含煤岩变形破裂力学过程的大量信息，电荷感应信息能综合反映冲击地压发生过程中各阶段的破坏特征，电荷信号的分布趋势、电荷参数的量化分析可作为煤岩破裂过程力学性质变化以及动力灾害显现的预警信息。关于电荷感应技术，国内外学者进行了大量研究，NITSON[9]通过实验室实验研究了岩石的压电效应，得出当内部含石英和其他硬压电材料的岩石发生破裂时，有无线电频段的电荷感应信号产生。ВОЛАРОВИЧ，ПАРXОМЕНКО[10-11]在1953年采用实验方法，对片麻岩、花岗岩和脉石英的压电现象进行了研究，发现岩石在受载变形破裂过程中有电荷信号产生。潘一山等[12]对煤岩体拉伸破坏过程电荷感应信号规律进行了研究，得出了煤岩体拉伸过程中有自由电荷产生，电荷信号异常区域与应力突变阶段相对应。赵扬锋等[13-14]对单轴压缩条件下煤样电荷信号规律进行了研究，得出煤样在加载初期有少量电荷信号产生，随着荷载的增加，电荷信号数量有所增加且电荷幅值也增大。王岗等[15]对煤体剪切破坏过程中的电荷规律进行了研究，得出随剪切角增大，煤体应力峰值前电荷信号逐渐减少并不断向剪应力峰值附近集中。罗浩等[16]对单轴压缩条件下含水煤体电荷规律进行了研究，从水通过削弱煤体强度进而影响电荷信号，Stern双电层中形成流动电荷增强了煤体电荷信号，水的存在增加了煤体破裂面自由电荷存留时间3个方面总结了水对煤体电荷的影响机理。丁鑫等[17]对煤岩破裂过程电荷信号时-频域特性进行了研究，得到电荷时-频域信号幅值与煤岩应力变化具有良好的一致性。
以往研究通常局限于不同加载方式或不同环境条件下对煤体破裂电荷感应规律进行研究，缺少关于煤岩属性与含瓦斯情况下加载破坏感应电荷关系研究，同时较少进行机理探讨。煤的冲击倾向性是煤的固有属性，是冲击地压发生的内在因素，在外部环境条件相同的情况下，冲击倾向性越强煤层发生冲击地压的可能性越大，同时煤的冲击倾向性受其内部矿物质组成、微观结构、含水率等影响显著，煤层赋存环境中的瓦斯因素也会对煤的冲击倾向性产生较大影响。瓦斯是煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出复合动力灾害发生的主控因素之一，对煤的冲击倾向性影响不可忽视。因此，笔者开展含瓦斯冲击倾向性煤体加载破坏电荷感应监测试验，探究冲击倾向性煤体加载破坏电荷感应规律并进行机理分析，为深入研究煤矿动力灾害电荷监测预警技术奠定基础。
1 试验系统及方法
1.1 试验系统
试验系统由加载系统、屏蔽系统、电荷信号监测系统组成综合监测采集系统，如图1所示。加载系统主要由轴压和围压加载系统组成，其中轴压加载采用金力试验技术有限公司生产的YAW-2000型电液伺服压力试验机，可选择位移控制或力控制加载方式，围压加载系统采用高压氩气瓶，由于氩气吸附解吸性质与瓦斯气体相似，同时氩气为惰性气体对煤岩破裂电荷信号影响较小，因而试验过程以氩气代替瓦斯气体。
图1 试验系统
Fig.1 Experiment system
煤岩三轴加载夹持装置采用不锈钢材料制作，主要由缸体、传力柱、导向筒、上端盖、压紧螺母和上、下方锥形压头组装，如图2所示。电荷信号监测系统主要由非接触式电荷感应探头、电荷放大器和数据采集器组成。屏蔽系统为煤岩三轴加载夹持装置，并且与压力机连接的压头与试样之间用绝缘纸进行绝缘，屏蔽前后电荷信号对比如图3所示，通过与噪声信号对比，煤岩电荷屏蔽系统屏蔽效果较好。
图2 煤岩三轴加载夹持装置示意
Fig.2 Schematic diagram of coal rock clamping device under triaxial loading
1.2 试样制备
试验所用的原煤来自阜新五龙矿、平顶山六矿、通化八宝矿某煤层，采样时将井下大块原煤采用塑料薄膜密封后运至井上装木箱(尺寸不小于200 mm×200 mm×200 mm)，木箱周围由泡沫材料填充，运至实验室后将大块的煤体通过岩石切割机制备成长×宽×高为50 mm×50 mm×100 mm的长方体标准煤体试样，并在磨平机上将切割好的煤岩试样按平整度不超过0.2 mm的标准磨平。
1.3 试验方案
试验首先对各矿煤样进行单轴加载试验，测试3个矿井煤的冲击倾向性。其次对不同冲击倾向性煤样进行加载破坏电荷监测试验，试验中电荷监测系统采样频率设为2 500 Hz，探究不同冲击倾向性煤体单轴压缩破坏电荷感应规律;最后选择强冲击倾向煤样，在1,2,3 MPa瓦斯压力下进行电荷信号监测，探究不同瓦斯压力作用下煤体冲击倾向性及电荷感应规律。
2 煤的冲击倾向性测试
遵照中华人民共和国国家标准《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(GB/T 25217.2—2010)[18]对阜新五龙矿、平顶山六矿、通化八宝矿某煤层取样进行冲击倾向性测试，试验中测定煤体单轴抗压强度、弹性能指数、冲击能指数、动态破坏时间见表1，对照标准中冲击倾向性综合评判结果表2，综合评价五龙矿所采煤体属于Ⅲ类，具有强冲击倾向性;平顶山六矿所采煤体属于Ⅱ类，具有弱冲击倾向性;通化八宝煤矿所采煤体属于Ⅰ类，无冲击倾向性。
3 不同冲击倾向性下煤体压缩破坏电荷感应规律
通过试验同时得到阜新五龙煤矿、平顶山六矿、通化八宝煤矿煤样的应力-应变和轴向应力-时间-电荷信号变化曲线，如图4～6所示。图中蓝色线表示煤体电荷量(Coal Electric Charge Quantity，简写为CECQ，单位pC)，黑色线表示煤体轴向应力，下同。
图3 外界干扰信号与屏蔽信号对比
Fig.3 Comparison between the interference and shielding signal
表1 煤的冲击倾向性测定试验数据
Table 1 Data of coal sample bursting liability determination
煤样地点煤样编号单轴抗压强度/MPa弹性能量指数冲击能量指数动态破坏时间/msWLM115.65.95.378阜新五龙煤矿WLM217.93.86.723WLM316.14.25.945平均值16.54.66.049PDSM112.42.43.3227平顶山六矿PDSM211.73.65.5315PDSM310.52.84.9530平均值11.52.94.6357BBM15.62.61.4915通化八宝煤矿BBM25.72.12.31 128BBM36.43.41.7875平均值5.92.71.8973
表2 煤的冲击倾向性综合测定结果
Table 2 Bursting liability comprehensive determination results of different coal samples
采样地点单轴抗压强度σc/MPa弹性能量指数WET冲击能量指数KE动态破坏时间TD/ms综合评价阜新五龙煤矿16.5强4.6弱6.0强49强Ⅲ类平顶山六矿11.5弱2.9弱4.6弱357弱Ⅱ类通化八宝煤矿5.9无2.7弱1.8弱973无Ⅰ类
3.1 强冲击倾向煤体加载电荷感应监测结果
分析图4可以看出，五龙煤矿强冲击倾向性煤体单轴抗压强度较高，达到18.1 MPa，其破坏过程具有明显的突发性特征，由极限强度至破坏历时短暂，无明显的软化阶段。煤样初始压密阶段，煤体电荷信号稳定。煤体弹性变形阶段出现两次较大应力调整，初次为应力达到极限强度32.6%时，该过程伴随1.5 MPa应力降低，同时煤体电荷信号第1次大幅度震荡，煤体电荷信号最值达到41.7 pC，煤体内部发生微破裂;随着加载进行，当应力达极限强度88.9%时，伴随1.0 MPa应力降低，同时电荷信号第2次大幅度震荡，由于临近极限强度煤体内部新生裂纹大量扩展，煤体电荷信号最值达到59.8 pC，达到极限强度后内部微裂纹相互贯通形成宏观裂纹导致煤样最终发生破坏，破坏瞬间伴随电荷信号较大波动，煤体失去承载能力后电荷信号恢复平稳状态。
图4 五龙煤矿强冲击倾向煤体电荷监测试验结果
Fig.4 Test results of electric charge monitoring of coal rock with strong bursting tendency in Wulong coal mine
3.2 弱冲击倾向煤体加载电荷感应监测结果
分析图5可以看出，平顶山六矿弱冲击倾向性煤体单轴抗压强度为11.8 MPa。加载过程中主要经历了一次应力的大幅调整，当应力达到极限强度61.9%时，伴随2.4 MPa应力降低，而后应力缓慢爬升，该过程电荷信号大幅度震荡，形成多个脉冲簇现象，电荷信号峰值为52.9 pC。随着加载应力的均匀增加，电荷信号基本稳定。当煤体达到极限强度时，煤体应力缓慢下降，该过程电荷信号变化较小，当应力降低至10.1 MPa时，煤体内部微裂纹相互贯通形成宏观裂纹应力瞬间跌落，煤体失去承载能力，伴随煤体电荷信号较大波动。
图5 平顶山六矿弱冲击倾向煤体电荷监测试验结果
Fig.5 Test results of electric charge monitoring of coal rock with weak bursting tendency in Pingdingshan coal mine
3.3 无冲击倾向煤体加载电荷感应监测结果
分析图6可以看出，八宝煤矿无冲击倾向性煤体单轴抗压强度较低，为6.0 MPa。加载过程中应力调整较小，极限强度前煤体电荷信号均无较大信号产生，极限强度后期煤体内部裂纹不断扩展，伴随煤体缓慢破坏，承载能力不断下降，煤体电荷信号峰值为42.2 pC，小于强冲击倾向性和弱冲击倾向性煤体电荷信号。因此无冲击倾向煤体加载全过程中电荷信号主要集中于极限强度后期，且电荷信号较小。
图6 八宝煤矿无冲击倾向煤体电荷监测试验结果
Fig.6 Test results of electric charge monitoring of coal rock without bursting tendency in Babao coal mine
3.4 冲击倾向性煤体加载感应电荷事件数统计分析
对3组试验数据煤体极限强度前和极限强度附近冲击过程煤体电荷信号峰值、累计时间、累积电荷事件数、单位时间电荷事件数进行统计，见表3。统计发现，煤体极限强度前，随着煤体冲击倾向性减弱，煤体电荷信号峰值有降低趋势，累积电荷事件数减少，单位时间电荷事件数降低;煤体极限强度附近破坏过程中，破坏瞬间电荷事件数达最大值，强冲击倾向性煤体单位时间电荷事件数为217，弱冲击倾向性煤体单位时间电荷事件数为126，无冲击倾向性煤体单位时间电荷事件数为11，随着煤体冲击倾向性减弱，煤体电荷信号峰值降低，煤体破坏累计时间增大，单位时间电荷事件数降低。因此冲击倾向性越强的煤体试样破坏时间短，裂纹扩展速率快，单位时间内产生的电荷量多，因而单位时间电荷事件数的大小与煤体内部裂纹扩展速度相关。
表3 煤体单轴压缩冲击破坏电荷信号特征
Table 3 Electric charge signal characteristics of coal rock under uniaxial compression
采样地点冲击倾向性煤体极限强度前煤体电荷信号峰值/pC累计时间/s累积电荷事件数单位时间电荷事件数煤体极限强度附近煤体电荷信号峰值/pC破坏累计时间/s累积电荷事件数单位时间电荷事件数阜新五龙煤矿强41.7198.81 3446.859.80.04610217平顶山八矿弱52.9247.26842.854.50.22328126通化八宝煤矿无7.8117.3930.842.20.9671111
图7 冲击和弹性能量指数随吸附瓦斯压力的变化趋势
Fig.7 Impact and elastic energy indices with gas adsorbent pressure
4 含瓦斯冲击倾向性煤体加载破坏电荷感应规律
4.1 瓦斯对煤体冲击倾向性影响
煤层中瓦斯以吸附与游离状态赋存，90%的瓦斯吸附于煤体的微孔裂隙中[19]，其中吸附状态瓦斯改变了煤体物理力学性质，降低了煤体极限强度，高应力作用下煤体更容易破坏;10%的瓦斯游离于煤层微孔裂隙中，对煤体产生张拉作用，使得含瓦斯煤体内有较大膨胀能，是发生煤与瓦斯突出的重要因素之一。文献[20]通过对平煤集团十二矿己15煤层煤样进行了冲击倾向性测试，试验结果如图7所示，结果表明，冲击能量指数和弹性能量指数随吸附瓦斯压力的增加而降低，当煤体在瓦斯压力为0时具备弱冲击倾向，而在2 MPa时无冲击倾向性。研究发现，瓦斯压力是煤矿复合动力灾害发生的主控因素之一，对于高瓦斯矿井在深部开采中瓦斯对煤体冲击倾向性影响不可忽视。因此，开展瓦斯作用下冲击倾向性煤体电荷感应试验研究至关重要。
4.2 瓦斯作用下强冲击倾向煤体加载电荷感应监测结果
选择阜新五龙煤矿强冲击倾向煤体，在1,2,3 MPa瓦斯压力下进行电荷信号监测，得到强冲击倾向性煤体不同瓦斯压力下应力-应变曲线及电荷信号监测结果，如图8～10所示。
图8 强冲击倾向性1 MPa瓦斯压力下煤体电荷监测结果
Fig.8 Results of electric charge monitoring of coal rock under strong bursting liability and 1 MPa gas pressure
图9 强冲击倾向性2 MPa瓦斯压力下煤体电荷监测结果
Fig.9 Results of electric charge monitoring of coal rock under strong bursting liability and 2 MPa gas pressure
通过比较发现，强冲击倾向煤体在不同瓦斯压力下加载破坏电荷感应信号频域规律基本相同，篇幅所限，笔者仅选择了几组典型试验结果进行分析。
如图8所示，当瓦斯压力为1 MPa时，强冲击倾向煤体极限强度降低为14.1 MPa，瓦斯对煤体具有软化作用。煤体极限强度前，对应于煤体应力调整阶段电荷信号表现有3次较大变化，对应的电荷信号仍表现为脉冲簇特征，极限强度前电荷信号峰值为57.8 pC。极限强度后煤体应力经过两次降低后失去承载能力，应力的两次降低对应电荷信号的两次大幅震荡，极限强度后电荷信号峰值为58.2 pC，略小于无瓦斯作用煤体加载情况。
如图9所示，当瓦斯压力为2 MPa时，煤体极限强度降低为12.1 MPa，瓦斯压力以体积力的形式作用于煤体，临近极限强度附近煤体应力-应变曲线表现出明显的屈服特性。煤体弹性变形阶段，当应力达到极限强度62.1%时，应力无变形变化，电荷信号表现两次较小波动。临界峰值强度，由于瓦斯存在，煤体屈服特性显著，该过程电荷信号表现为脉冲簇现象，信号峰值为38.4 pC。峰值强度后，煤体应力迅速跌落，电荷信号发生剧烈震荡，信号峰值达到52.9 pC，小于1 MPa瓦斯压力作用的煤体电荷信号。
如图10所示，当瓦斯压力为3 MPa时，煤体极限强度降低为9.1 MPa，瓦斯压力以体积力的形式作用于煤体，临近极限强度附近煤体应力-应变曲线表现出明显的屈服特性。煤体弹性变形不明显，当应力达到极限强度48.7%时，应力缓慢上升，电荷信号表现较小波动。临界峰值强度，由于瓦斯存在，煤体屈服特性显著，该过程电荷信号表现为脉冲簇现象，信号峰值为51.3 pC，大于2 MPa瓦斯压力作用的煤体电荷信号。峰值强度后，煤体应力应变曲线缓慢下降，表现在瓦斯压力的增大，增加了煤体的延性，同时降低了其发生脆性破断的概率，电荷信号峰值达到48.9 pC，小于2 MPa瓦斯压力作用的煤体电荷信号。
图10 强冲击倾向性3 MPa瓦斯压力下煤体电荷监测结果
Fig.10 Results of electric charge monitoring of coal rock under strong bursting liability and 3 MPa gas pressure
4.3 含瓦斯冲击倾向性煤体加载感应电荷事件数统计分析
对煤体极限强度前和极限强度附近电荷信号峰值、累计时间、累积电荷事件数、单位时间电荷事件数进行统计分析，见表4。
在含瓦斯状态下，煤的冲击倾向性仍然依据国家标准《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(GB/T 25217.2—2010)，统计发现，随着瓦斯压力升高，强冲击倾向性煤体在瓦斯压力1 MPa时冲击倾向性降低至弱冲击，在瓦斯压力为2,3 MPa时冲击倾向降低至无冲击。煤体极限强度前和极限强度附近，随着瓦斯压力增大，煤体电荷信号峰值降低，累积电荷事件数和单位时间电荷事件不是绝对的减少，煤体极限强度附近发生破坏过程中，1 MPa瓦斯压力下的煤体单位时间电荷事件数74，2 MPa瓦斯压力下的煤体单位时间电荷事件数88，3 MPa瓦斯压力下的煤体单位时间电荷事件数12，因此煤体压缩破坏过程中在瓦斯的力学和非力学作用下煤体电荷信号较为复杂。
表4 不同瓦斯压力下冲击倾向煤体压缩破坏电荷信号特征
Table 4 Electric charge signal characteristics of the coal rock with the bursting liability under different gas pressure
瓦斯压力/MPa冲击倾向性煤体极限强度前煤体电荷信号峰值/pC累计时间/s累积电荷事件数单位时间电荷事件数煤体极限强度附近煤体电荷信号峰值/pC累计时间/s累积电荷事件数单位时间电荷事件数1弱57.8132.72331.858.20.90267742无38.4147.34172.852.91.403123883无25.7119.33242.751.319.14822512
4.4 瓦斯作用下冲击倾向性煤体电荷感应信号似“矩形波”特征
通过对含瓦斯冲击倾向性煤体试验中电荷信号放大发现，煤体电荷信号呈现出似“矩形波”特征，如图11(a)～(c)所示。似“矩形波”信号位于煤体极限强度附近，分析认为可能由于瓦斯的作用，煤体加载初期瓦斯封存于煤体内部微小裂隙，瓦斯处于稳定状态流动较小，瓦斯对煤体电荷信号影响较小，随着煤体加载轴向应力增大，当煤体内部裂隙贯通瞬间，内部瓦斯由于压力差作用，瓦斯快速流动，从而“湮灭”部分电荷信号。
对图11(a)～(c)中似“矩形波”信号进行傅里叶变换，得到图11(d)信号频谱，分析发现信号主频主要在200 Hz以下，随着瓦斯压力升高，主频部分信号分量幅值逐渐降低。
图11 不同瓦斯压力下煤体破坏局部电荷信号及频谱
Fig.11 Local electric charge signal and frequency spectrum of coal rock instability under different gas pressure
5 含瓦斯冲击倾向性煤体破坏自由电荷产生机理初探
5.1 冲击倾向煤体加载微裂纹滑移产生自由电荷
王恩元等[21]在研究煤岩等材料变形及破裂产生电磁辐射存在2种形式:① 由电荷特别是试样表面积累电荷引起的库仑场(或静电场);② 由电偶极子瞬变或带电粒子作变速运动而产生，其中应力诱导煤岩体发生非均匀变速形变是产生表面电荷和极化形成电偶极子的主要原因。
煤岩体加载裂纹扩展过程中，首先裂纹尖端晶格之间发生相对的变形和滑移[22-23]，假设裂纹在xz平面，图12中d为裂纹宽度，x方向为裂纹扩展方向，如图12(a)所示当裂纹面受到载荷作用时，不同属性带电粒子在原生或新生裂纹表面各自平衡位置振荡，如图12(b)所示，由此而在两裂纹面上产生的偶极子不断产生振荡;当煤岩裂纹面相对滑动时，界面势能随裂纹面原子微观相对位置而变化，裂纹面附近界面势能超过煤岩界面标准接触界面势垒，不同属性带电粒子向不同方向定向移动，如图12(c)所示。对于强冲击倾向性煤体，应力突变过程中煤体内部裂纹扩展加速，裂纹面附近界面势能变化大，产生自由电荷运动快，使得电荷信号增强，因此随着煤体冲击倾向性增强，煤岩电荷信号幅值和事件数增大，应力突变造成裂纹加速扩展是导致电荷信号呈现脉冲簇现象的重要原因。
图12 特定时间下裂纹表面和裂纹扩展带电示意
Fig.12 Electric schematic of crack surface and the crack extension at a specific moment
5.2 瓦斯运移携带颗粒运动产生自由电荷
李忠辉等[24]研究煤体瓦斯流动电位信号产生原因时，认为瓦斯气体对煤体微结构的冲击破坏而产生自由电荷，以及气体在煤体孔隙内流动的流动电势及瓦斯与煤体气固两相摩擦起电等。
文献[25]采用扫描电子显微镜对破坏煤岩断口放大至1 500倍、4 000倍，发现煤岩表面存在大量的微小孔状结构，煤岩表面微小孔隙的存在使得煤岩体具有大的比表面积和表面能，为瓦斯气体的运移提供了有利条件。由于载荷作用煤体内部产生大量细小煤粉颗粒，瓦斯气体运动的同时携带煤粉颗粒(图13)在孔隙中做定向运动，气体分子与孔隙固壁的相互作用使得气体在孔隙固壁附近的各个气体分子处于运动状态，此种作用贡献一个附加通量，在宏观上表现为气体在孔隙固壁面上具有非零速度，产生了滑脱流量[26]。
在通常条件下瓦斯气体不带电，当瓦斯气体携带煤粉颗粒一起运动时，与孔隙管道相互作用产生电荷，这种作用可以用Stern-Gouy双电层模型进行解释[27]。如图13所示，当瓦斯气体流过煤岩孔隙固壁时，煤粉颗粒与瓦斯一起在管道内流动，将与孔隙固壁产生摩擦和碰撞，孔隙固壁吸附瓦斯携带的煤粉颗粒中的负离子形成负离子层，负离子层吸引孔隙固壁另一侧正离子形成正离子层，形成Stern正负双电层结构。Stern双电层结构外部，电荷在孔隙中呈扩散分布，称为Gouy层，Stern层与Gouy层之间的部分为滑移面。
图13 Stern-Gouy双电层结构
Fig.13 Diagram of Stern-Gouy double electrical layer
当煤岩孔隙内部瓦斯气体在孔隙管道中因压力差的作用而运移时，Gouy层上的电荷被冲刷下来，随着气体作定向运动，形成冲流电流，等于单位时间内通过孔隙管道横截面上被冲刷下来的电荷量。如果Gouy层上是负电荷，则冲流电流的方向与瓦斯气体运移的方向相反;如果Gouy层上是正电荷，则冲流电流的方向与瓦斯气体运移的方向一致，如图14所示。冲流电流使孔隙管道一端有较多的正电荷，另一端有较多的负电荷。由于在Gouy层中产生流动电荷，流动电荷对煤岩破坏电荷信号贡献附加量，因此理论上电荷传感器接收到的感应电荷量会较大。
图14 冲流电流示意
Fig.14 Schematic diagram of streaming currents
通过以上2点分析，煤体内部微裂纹扩展和瓦斯运移均可影响电荷信号。另一方面煤体在瓦斯作用下削弱了原有冲击倾向性，使得煤岩电荷信号幅值和事件数减小，这一现象可解释本文4.2,4.3节中煤体极限强度附近单位时间电荷事件数减小的过程。当煤岩内部孔隙贯通，瓦斯气体因压力差而流动时，煤岩电荷以瓦斯运移携带颗粒运动产生自由电荷为主，含瓦斯煤体极限强度附近似“矩形波”特征可能与煤体内部裂隙贯通瓦斯快速流动携带带电颗粒“湮灭”裂纹表面电荷相关。以上研究成果对煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出复合动力灾害电荷监测预警奠定了基础。
6 结 论
(1)无瓦斯条件下，随着煤的冲击倾向性降低，煤体电荷信号峰值降低，累积电荷事件数减少，单位时间电荷事件数降低，电荷信号向煤体峰值强度后转移。加载过程中，应力突变煤体内部裂纹扩展加速，电荷信号快速波动，应力突变造成裂纹加速扩展是导致电荷信号呈现脉冲簇现象的重要原因。
(2)含瓦斯条件下，随着瓦斯压力升高，煤的冲击倾向逐渐减弱，煤体电荷信号峰值降低，累积电荷事件数和单位时间电荷事件不是绝对的减少，煤体电荷信号呈现出似“矩形波”特征，瓦斯的流动过程对煤体电荷信号影响显著。
(3)瓦斯对煤体电荷信号影响效果显著，一方面瓦斯通过削弱煤的冲击倾向性降低电荷信号，另一方面煤体极限强度附近煤体内部裂隙贯通，瓦斯通过自身快速流动导致电荷信号异常。
(4)提出了含瓦斯冲击倾向煤体破坏自由电荷产生机理，建立了无瓦斯作用下煤体内部微裂纹滑移分离产生自由电荷模型，以及含瓦斯煤体内部瓦斯运移携带颗粒运动产生自由电荷模型，对文中含瓦斯冲击倾向性煤体电荷信号特征进行了解释。
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