微波加載路徑對煤體致裂效果影響試驗(yàn)研究

吳旭飛，胡國忠，李 康，楊 南

（1.中國礦業(yè)大學(xué) 深部煤炭資源開采教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 徐州 221116；2.中國礦業(yè)大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116）

煤層氣是一種賦存在煤層中、與煤共伴生的清潔高效能源[1-2]，同時(shí)也是威脅礦山安全生產(chǎn)的一個(gè)重要因素[3]。目前，煤層瓦斯抽采是開發(fā)煤層氣和解決瓦斯災(zāi)害問題的一項(xiàng)有效途徑，然而我國煤層滲透率普遍較低[4-5]，造成抽采難度較大。因此，煤層增透成為煤層瓦斯抽采與煤層氣開發(fā)過程中的一項(xiàng)關(guān)鍵科學(xué)問題。為此，國內(nèi)外學(xué)者對煤巖體致裂技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，如：水力割縫，水力壓裂，液態(tài)二氧化碳壓裂，超聲波激勵(lì)法[6-10]等，以上技術(shù)在某些礦區(qū)取得了較好的應(yīng)用效果。但由于各個(gè)礦井的煤巖體賦存特征存在較大差異，亟待探索各種新的致裂方法。

煤巖體微波致裂技術(shù)以其環(huán)保性、能量利用效率高等特性被應(yīng)用于頁巖氣開采[11]、天然氣水合物開采[12]等能源開發(fā)領(lǐng)域，已成為具有廣泛應(yīng)用前景的新途徑。為此，研究學(xué)者從微波輻射對煤巖體致裂的根本原理進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究，管偉明[13]提出了微波加熱煤的共軛傳熱模型，總結(jié)出微波輻射煤體時(shí)，煤體由內(nèi)向外傳遞熱量，微波功率與傳熱速率呈對數(shù)增長趨勢；李賀[14]等就微波輻射下煤體內(nèi)部孔裂隙結(jié)構(gòu)演化進(jìn)行了探究，得出微波輻射對煤體有開孔、疏孔和塌孔效應(yīng),其中疏孔效應(yīng)和開孔效應(yīng)占主導(dǎo)；洪溢都[15]等對微波輻射下煤體溫升特性影響因素進(jìn)行了研究，得出功率、粒徑、含水率和礦物成分均能顯著改變煤樣的溫升速率這一結(jié)論；胡國忠[16-19]等得到在微波輻射煤體后，微波選擇性、熱效應(yīng)2 個(gè)特性作用使煤體內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生改性，初步探索了微波致裂機(jī)制，得出微波致裂煤體受蒸氣壓與熱應(yīng)力的共同作用，并通過核磁共振弛豫時(shí)間T2圖譜變化和煤體表面裂隙分布的規(guī)律，揭示了微波輻射后不同含水飽和度煤體內(nèi)部孔、裂隙的數(shù)量、尺度、連通性以及煤體的滲透率變化和煤體表面裂隙的演化規(guī)律；Kumar[20]等透過光學(xué)顯微鏡觀察微波輻射煤體前后，煤體內(nèi)部裂隙分布規(guī)律及差異，發(fā)現(xiàn)微波輻射在促進(jìn)煤體內(nèi)部原生裂隙發(fā)育的同時(shí)還產(chǎn)生了新裂隙；任陽光[21-22]等發(fā)現(xiàn)在微波作用后，煤體內(nèi)部大孔發(fā)生收縮并坍塌，比表面積顯著降低，滲流通道擴(kuò)大；董超等[23]就微波作用對煤微觀孔隙結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行了研究，通過物理方法初步探討并總結(jié)了微波輻射時(shí)間對煤樣孔隙率和滲透容積的影響規(guī)律；Wang 等[24]研究了微波輻射前后致密砂巖的孔隙率、滲透率以及孔隙結(jié)構(gòu)的變化。以上學(xué)者初步證實(shí)了微波輻射技術(shù)用于煤層增透的可行性。然而，在相同的微波能量條件下，怎樣的微波能量加載路徑能使煤體的致裂效果達(dá)到最優(yōu)，亟待進(jìn)一步探索。這對提高煤層微波增透過程中能量的利用效率具有重要意義。

因此，通過開展不同微波加載路徑下的煤樣致裂試驗(yàn)，獲取微波輻射前后煤樣的P 波波速、抗壓強(qiáng)度、彈性模量、煤樣表面裂隙演化及煤體微結(jié)構(gòu)損傷因子的變化特征，探索微波加載路徑對煤體致裂效果的影響規(guī)律，為煤體微波致裂技術(shù)的工藝參數(shù)選擇提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)樣品及方案

用巖心管獲取原煤，鉆取后加工成?50 mm×100 mm 的煤樣試件，并用儀器將煤樣上下端面打磨光滑、平行，兩端面的不平行度不得超過0.05 mm。端面須垂直于試樣軸線，最大偏差不超過0.25°，以保證加載時(shí)上下端面受力均勻，制成后的煤樣放置于實(shí)驗(yàn)室干燥箱中進(jìn)行充分干燥，留待使用。

取滿足條件的圓柱形試樣12 個(gè)，均分4 組，分別編號為A（對照組）、B、C、D，試件均在微波功率1.80 kW 下進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)過程設(shè)置3 種加載路徑對煤樣進(jìn)行微波輻射，煤樣的微波輻射加載方案見表1，能量加載路徑如圖1。

圖1 微波能量加載路徑Fig.1 Microwave energy application path

表1 煤樣的微波輻射加載方案Table 1 Scheme of microwave radiation on coal samples

1.2 試驗(yàn)步驟

1）微波輻射前，對全部煤樣端面、側(cè)面進(jìn)行拍攝照片，并采用超聲波檢測儀對煤樣進(jìn)行測試，得出煤體在微波輻射前的波速，再對對照組煤樣進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，得出單軸抗壓強(qiáng)度，并通過煤樣應(yīng)力應(yīng)變曲線計(jì)算煤樣彈性模量。

3）待煤樣在自然條件下冷卻至室溫后，測試煤樣輻射后的P 波速度, 并根據(jù)抗壓試驗(yàn)數(shù)值結(jié)果繪制煤樣應(yīng)力應(yīng)變曲線，并根據(jù)曲線計(jì)算出煤樣彈性模量。

2 試驗(yàn)設(shè)備

2.1 微波輻射與波速測試

煤體微波輻射試驗(yàn)是在自主研制的微波輻射試驗(yàn)裝置上進(jìn)行。試驗(yàn)裝置主要包括微波發(fā)生器、巖樣罐、微波波導(dǎo)、風(fēng)冷冷卻系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)等5個(gè)組成部分。微波頻率為2 450 MHz，最大功率2 kW，最高可放置150 mm 的煤樣。

通過超聲波在煤巖體內(nèi)部的傳播特性可以間接地反映煤巖體的物理力學(xué)參數(shù)和結(jié)構(gòu)特征。試驗(yàn)采用了C61 非金屬超聲波檢測儀測試煤樣的軸向P波速度，超聲波檢測儀輸出頻率為5～500 kHz，發(fā)射電壓為65 V，超聲波換能器的頻率為50 kHz，采樣時(shí)間為0.10 μs。

測試過程中，超聲波換能器與煤樣間涂抹適量凡士林耦合，發(fā)射探頭發(fā)射的時(shí)刻t0和接收探頭接收到聲波的時(shí)刻t1，時(shí)差△t=t1-t0，則超聲波波速的計(jì)算公式為：

式中：v 為超聲波P 波波速，m/s；L 為試樣長度，m；△t 為時(shí)差，s。

2.2 抗壓強(qiáng)度及彈性模量的計(jì)算

無側(cè)束應(yīng)力狀態(tài)下煤體在單位面積上所能承受的最大壓應(yīng)力即表示煤體的單軸抗壓強(qiáng)度，弱化煤巖體致裂效果評定的重要指標(biāo)之一就是煤巖體的抗壓強(qiáng)度，因此煤體被微波作用后的致裂效果，需要該項(xiàng)指標(biāo)來體現(xiàn)；煤體單軸抗壓強(qiáng)度測試使用C46.106 型MTS 電液伺服試驗(yàn)機(jī)，配套設(shè)備為采集速度達(dá)0.1 ms 的高速計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)、引伸計(jì)及載荷和位移傳感器等3 個(gè)構(gòu)成部分。

彈性模量表征煤巖物理力學(xué)性質(zhì)，指煤巖體在外界作用下發(fā)生彈性變形時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變的比值，也可選取應(yīng)力應(yīng)變曲線當(dāng)中彈性變形和彈性屈服階段上直線段的斜率或任一點(diǎn)的割線計(jì)算出該狀態(tài)下煤體彈性模量的大小。微波輻射裝置及試驗(yàn)流程圖如圖2。

第四，就是臨近攻擊。這種類型的攻擊者一般會(huì)首先接近自己要攻擊的目標(biāo)，然后再對其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和系統(tǒng)中存有的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行惡意修改，并在此過程中收集對自己有利的信息，從而謀取較高的經(jīng)濟(jì)收益。

圖2 微波輻射裝置及試驗(yàn)流程圖Fig.2 Microwave radiation equipment and process

3 結(jié)果與討論

3.1 不同微波加載路徑下煤體P 波速度的變化

煤巖體中的孔、裂隙對聲波的傳播具有顯著隔斷作用。一般來說，煤體內(nèi)部的孔裂隙密度與聲波傳遞的總裂隙橫截面積呈正相關(guān)，當(dāng)密度變大時(shí)，聲波的反射信號就會(huì)變強(qiáng)，使得超聲波的穿透能量降低散射能量增加，同時(shí)聲波的衰減系數(shù)增大，波速會(huì)相應(yīng)減小。不同微波加載路徑輻射前后煤樣的P 波速度變化如圖3。煤體輻射前后P 波波速降低幅度見表2。

表2 煤體輻射前后P 波波速降低幅度Table 2 Reduction ranges of P wave velocity before and after coal body radiation

1）間歇600 s 加載。由圖3（a）可知，B 組全部試件的P 波波速會(huì)隨著微波輻射的加載而降低，在整個(gè)加載的時(shí)間范圍內(nèi)，因受到試件本身礦物成分、組成結(jié)構(gòu)以及本身P 波速度的差異，而使得各試件間波速速度變化并不相同，波速變化程度也不明顯，可得知在B 路徑下，微波作用后的煤體P 波速度會(huì)發(fā)生小幅的降低，是由于煤體內(nèi)部的裂隙數(shù)量小幅增加，體積輕微變大，聲波通過試件內(nèi)部的時(shí)間增加，導(dǎo)致速度降低。

圖3 不同加載路徑輻射前后煤樣的P 波速度變化Fig.3 Changes of P-wave velocity of coal before and after radiation of different paths

2）間歇60 s 加載。由圖3（b）可知，C 組全部試件的P 波波速同樣會(huì)隨著微波輻射的加載而逐漸降低，其中試件分別降低了38.18%、34.55%、53.05%，與B 組試件相比較而言，整個(gè)C 組試件最小P 波速度降幅達(dá)到34.55%，B 組最大波速降幅僅29.07%，可得知煤體在較小間歇時(shí)間加載下的P 波速度會(huì)發(fā)生較為明顯的降低，原因是較短的間斷時(shí)間可以使得微波產(chǎn)生的熱應(yīng)力得以延續(xù)，能量散失較少，使得更多的能量促進(jìn)孔隙裂隙進(jìn)一步的發(fā)育。

3）連續(xù)加載。由圖3（c）可知，D 組加載路徑的煤樣波速變化明顯，煤體P 波速度顯著降低，降幅均超過50.61%，隨著微波輻射的進(jìn)行，由于加載期間不存在間歇，微波提供能量散失較少，煤體內(nèi)部聚集的能量加劇煤體內(nèi)部孔隙裂隙的貫通，與此同時(shí)原始孔隙裂隙進(jìn)一步的發(fā)育，并且促進(jìn)新的裂隙發(fā)育，煤體內(nèi)部損傷嚴(yán)重，導(dǎo)致波速變化最大。

結(jié)合圖3（d）與表2 可以看出，加載前煤樣的P波波速存在差異，這受本身礦物與內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響，煤樣在微波輻射后其P 波波速均有所降低；煤樣試件P 波波速由初始的1 630～1 720 m/s 下降到710～1 330 m/s，煤樣最低降幅達(dá)到21.76%，由B 組試件產(chǎn)生；最高則達(dá)到56.44%，由D 組試件產(chǎn)生；由此可見，在微波輻射作用下，煤樣的P 波速度均發(fā)生了一定程度的降低，這說明微波輻射促進(jìn)了煤體內(nèi)部微結(jié)構(gòu)的發(fā)育，對煤體內(nèi)部產(chǎn)生了損傷，使其波速降低。

微波輻射前后不同路徑下的平均P 波波速變化情況如圖4。由圖4 可知，不同微波加載路徑下，總體P 波速度降幅表現(xiàn)為B 組＜C 組＜D 組。

圖4 微波輻射前后不同路徑下的平均P 波波速變化情況Fig.4 Variation of mean P-wave velocity in different paths before and after microwave radiation

其中，路徑B 下分別下降了29.07%、21.76%、23.81%，整個(gè)B 組試件平均P 波速度降低了25.24%，降低幅度較小，這說明此時(shí)煤體內(nèi)部孔、裂隙發(fā)育延展緩慢，微波對煤體內(nèi)部損傷程度較低；路徑C 下平均P 波速度降低達(dá)到了41.94%，相比于B 組試件降低幅度更為明顯，由此來看，即使在高功率、輻射能量相同的情況下，當(dāng)試樣冷卻后再次被加熱時(shí)，波速并不會(huì)像間隔較短加熱時(shí)發(fā)生明顯降低，這是由于關(guān)閉微波后試樣內(nèi)各礦物之間進(jìn)行熱傳導(dǎo)，長時(shí)間的間隔導(dǎo)致溫度逐漸變得均勻，微波輻射出的能量散失，這樣在二次加熱時(shí)產(chǎn)生的熱膨脹程度就會(huì)減小，此時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力不足以使煤樣微結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化；D 組微波連續(xù)輻射試樣時(shí)，P 波波速發(fā)生了顯著降低，整個(gè)D 組平均波速降幅高達(dá)53.79%。結(jié)果表明：微波連續(xù)加載作用下煤樣內(nèi)部微結(jié)構(gòu)數(shù)量的增加幅度遠(yuǎn)大于微波間歇加載條件下的微結(jié)構(gòu)數(shù)量。一方面，在微波連續(xù)輻射下，微波能量大部分作用于煤體內(nèi)部，能量散失較少，劈裂作用得以增強(qiáng)；另一方面，由于微波對煤體的熱破裂作用，使得煤體內(nèi)部微結(jié)構(gòu)數(shù)量大幅增加。由此可見，微波連續(xù)加載更有利于煤體內(nèi)部微結(jié)構(gòu)發(fā)育，從而提高煤巖體內(nèi)部儲(chǔ)層的滲透性。

3.2 不同微波加載路徑下煤體強(qiáng)度的變化

單軸抗壓強(qiáng)度是衡量煤巖體抵抗外力破壞能力以及自身堅(jiān)硬程度的一項(xiàng)重要指標(biāo)，可反映煤體弱化、致裂效果。不同微波路徑輻射后煤樣抗壓強(qiáng)度如圖5。

圖5 不同微波路徑輻射后煤樣抗壓強(qiáng)度Fig.5 Compressive strength of coal after different microwave paths

由圖5 可知，對照組最小抗壓強(qiáng)度為15.55 MPa，最大抗壓強(qiáng)度為34.87 MPa，平均抗壓強(qiáng)度為24.94 MPa；輻射后煤樣最大抗壓強(qiáng)度為10.8 MPa，最小抗壓強(qiáng)度2.66 MPa，平均抗壓強(qiáng)度為6.26 MPa，降低幅度高達(dá)74.91%，與前文研究的P 波波速呈現(xiàn)大致相同的變化，不同在于，抗壓強(qiáng)度平均降低幅度更為巨大。B 組與對照組相比，整個(gè)輻射后煤體的平均抗壓強(qiáng)度下降了66.80%；C 組與對照組相比，整個(gè)平均抗壓強(qiáng)度與B 組相比降低更為明顯，高達(dá)76.79%；而D 組與對照組相比，煤樣的平均抗壓強(qiáng)度降低幅度達(dá)到了80.89%。由此可見，3 種加載路徑均導(dǎo)致煤樣抗壓強(qiáng)度的降低，煤體抗壓強(qiáng)度的降低反映微波輻射對煤體的弱化程度，微波加載路徑的不同，導(dǎo)致輻射后煤體抗壓強(qiáng)度的降低幅度也各不相同。因此，在煤巖體微波弱化致裂工程實(shí)踐中，一方面可通過微波連續(xù)加載加強(qiáng)煤巖體弱化致裂；另一方面通過縮短微波間歇時(shí)間也可一定程度加快煤巖體弱化致裂進(jìn)程。

3.3 不同微波加載路徑下煤體損傷因子的變化

損傷導(dǎo)致物體內(nèi)凝聚力的進(jìn)展性減弱，體積單元破壞，使得物體內(nèi)部微裂紋和微孔洞的產(chǎn)生和擴(kuò)展而引起逐步劣化，故損傷常作為一種劣化因素與物體彈性模量、強(qiáng)度等宏觀基準(zhǔn)量結(jié)合探討。已有研究[25]從煤巖組合體力學(xué)特性演化規(guī)律，分析了煤巖組合體的劣化機(jī)制，指出了彈性模量與損傷劣化之間的聯(lián)系。因此探究微波對煤體內(nèi)部損傷影響時(shí)，可用煤樣加載前后彈性模量的改變來定量表征煤體內(nèi)部微結(jié)構(gòu)的損傷情況，基于彈性模量法損傷變量模型[26]，現(xiàn)定義輻射后煤樣的彈性模量與對照組煤樣彈性模量的比值為損傷因子或連續(xù)度，則可得煤體累積損傷因子的表達(dá)式如下：

式中：Dm為煤樣試件的損傷因子；Es為經(jīng)過微波輻射后煤樣試件的彈性模量；E0為對照組煤樣試件的彈性模量。

輻射后煤樣彈性模量及微結(jié)構(gòu)損傷因子Dm的變化如圖6。

圖6 輻射后煤樣彈性模量及微結(jié)構(gòu)損傷因子Dm 的變化Fig. 6 Changes of elastic modulus and microstructure damage variable Dm of coal after radiation

由圖6 可知，對于處理后的試件，彈性模量都明顯降低，降低幅度高達(dá)50%以上，輻射后彈性模量在0.19～0.51 GPa 范圍內(nèi)，彈性模量的平均降幅在74.22%，最高達(dá)86.61%，并且不同的微波加載路徑，導(dǎo)致彈性模量降低幅度也不同，這與煤體抗壓強(qiáng)度變化情況一致；B 路徑下，彈性模量平均降低幅度為68.35%，且輻射后彈性模量越小，累積損傷因子越大；而D 路徑與C 路徑相比，D 加載路徑下變化幅度要大，原因在于煤體內(nèi)礦物顆粒的不均勻分布與較少的能量散失，使得煤樣局部出現(xiàn)較大的溫度梯度而產(chǎn)生熱應(yīng)力集中，當(dāng)煤樣內(nèi)部基質(zhì)非均勻膨脹所產(chǎn)生的熱應(yīng)力大于基質(zhì)的極限強(qiáng)度時(shí)，煤體將產(chǎn)生破壞，使得煤樣的微結(jié)構(gòu)數(shù)量較C 路徑相比增加更多，導(dǎo)致D 組煤體脆性增強(qiáng)，彈性模量顯著降低。

由圖6（d）可以看出，煤樣在不同加載路徑微波輻射后其彈性模量均有所降低，輻射后，B、C 路徑下煤樣平均彈性模量分別下降到0.45 GPa 和0.34 GPa，D 路徑下則下降到0.28 GPa，說明經(jīng)過微波輻射后的煤樣內(nèi)部都會(huì)出現(xiàn)一定程度的損傷，輻射時(shí)的微波路徑不同，煤樣試件產(chǎn)生的損傷也各不相同。相同能量下，微波間歇時(shí)間為600 s 時(shí)，煤樣的損傷因子最??；間歇60 s 時(shí)，損傷因子較前者增加；在微波連續(xù)輻射120 s 時(shí)，煤樣的損傷因子最大。由此可見，在微波能量相同的情況下，煤體彈性模量受路徑影響；間歇加載下，間歇時(shí)間越長，彈性模量降低越小，煤樣的累積損傷因子越小，煤樣的損傷效果越不明顯；連續(xù)加載下，煤樣彈性模量降低最大，微結(jié)構(gòu)損傷顯著，因此，微波連續(xù)加載是加快煤樣損傷的一項(xiàng)非常有效的途徑。

3.4 不同加載路徑下煤樣表面裂隙的演化特征

不同加載路徑試樣在不同時(shí)間段的裂紋擴(kuò)展規(guī)律如圖7。

1）間歇600 s 加載。由圖7（a）可知，原始煤樣表面較為平整，無明顯裂隙發(fā)育；加載30 s 時(shí)，裂紋從試樣上部產(chǎn)生；隨著輻射次數(shù)的增加，主裂紋逐漸向試樣中部延伸，產(chǎn)生的主裂紋近似平行于圓柱形試樣的軸線，在主裂紋上產(chǎn)生的分支裂紋向橫向延伸，在試樣中部產(chǎn)生的裂紋主要呈放射狀；在120 s 時(shí)，主裂紋的寬度緩慢增加。

2）間歇60 s 加載。由圖7（b）可知，試件無明顯原生裂隙；30 s 時(shí)在煤樣中部出現(xiàn)交叉裂隙，并向煤體頂?shù)撞垦由?，下部伴有油脂析出；隨著加載的進(jìn)行，裂隙擴(kuò)展，開度增大；120 s 時(shí)，在煤體中部附近出現(xiàn)灼燒現(xiàn)象。整個(gè)過程與B 路徑相比，煤樣表面新生裂隙不再是向單一方向延展并拓寬，而是由中部向端部方向進(jìn)行延展，同時(shí)出現(xiàn)分岔、穿越等發(fā)育模式。這說明煤的累積損傷隨微波輻射次數(shù)的增加而增大，微波促使的熱應(yīng)力會(huì)逐漸集中于煤體薄弱部位，從而導(dǎo)致裂隙擴(kuò)展呈現(xiàn)多樣化，最終使得裂隙發(fā)育較為完整。

圖7 不同加載路徑試樣在不同時(shí)間段的裂紋擴(kuò)展規(guī)律Fig.7 Crack growth law of specimens with different discontinuous loading paths in different time periods

3）連續(xù)加載。由圖7（c）可知，對15＃試件，微波連續(xù)輻射導(dǎo)致煤樣頂部發(fā)育出1 條豎向主裂隙并向煤樣底部延展，最終貫通整個(gè)煤體表面，方向與煤體底面呈一定角度，同時(shí)，主裂隙旁也出現(xiàn)1 條小裂隙，從煤樣中部向煤體兩端延伸，并與主裂隙近似平行，而對D 路徑下另一試樣16＃而言，隨著微波加熱進(jìn)行，原生裂隙逐漸擴(kuò)展的同時(shí)新生裂隙也大量發(fā)育，原各孤立裂隙相互連通并形成主裂隙或裂隙網(wǎng)，與C 路徑相比新生成的裂紋趨于復(fù)雜，不再是單一裂紋由中部向端部進(jìn)行擴(kuò)展，而是形成裂隙網(wǎng)，裂紋在中部向各個(gè)方向進(jìn)行延伸發(fā)育，這種裂隙網(wǎng)通常包括主裂隙和分支裂隙。

綜上所述，在逐次加載能量時(shí)，試樣內(nèi)由各礦物成分的不均勻熱膨脹產(chǎn)生的熱應(yīng)力隨輻射間斷時(shí)間的增大而逐漸減小，在產(chǎn)生的熱應(yīng)力不足以使試樣發(fā)生破裂前，在試樣表面會(huì)產(chǎn)生新的裂紋和導(dǎo)致原有裂紋繼續(xù)擴(kuò)展。由此可見，煤體微波加載路徑的改變能有效的致裂煤體，加載路徑對煤體裂隙的擴(kuò)展具有明顯的差異性且形成了新的裂隙網(wǎng)絡(luò)，這有利于增強(qiáng)低滲透煤層微波加載路徑實(shí)踐中煤體致裂的效果。

4 結(jié) 論

1）煤樣在不同加載路徑微波輻射后其P 波波速均有所降低，全部試件由初始的1 630～1 720 m/s 下降到710 ～1 330 m/s，煤樣波速的平均降幅達(dá)40.13%，間歇加載后，煤樣平均降幅達(dá)33.52%，連續(xù)加載后，降幅達(dá)56.47%，表明在微波能量為216 kJ的試驗(yàn)條件下，微波連續(xù)加載更有利于煤體微結(jié)構(gòu)的發(fā)育。

2）微波輻射后，煤體抗壓強(qiáng)度、彈性模量均下降，平均抗壓強(qiáng)度降幅高達(dá)74.91%，彈性模量最小降幅達(dá)65.01%，連續(xù)加載下高達(dá)80.11%；連續(xù)加載下，煤樣內(nèi)部微結(jié)構(gòu)累積損傷因子最大。

3）加載路徑對煤體表面裂隙的擴(kuò)展具有明顯的差異性，不同的加載路徑下，煤體表面裂隙發(fā)育以及表面破壞的程度相差甚遠(yuǎn)；在微波能量為216 kJ 的試驗(yàn)條件下，微波連續(xù)加載使煤體表面裂隙更發(fā)育。

4）煤體微波加載路徑的改變能有效的致裂煤體，在微波能量為216 kJ 的試驗(yàn)條件下，采用微波連續(xù)加載，煤體損傷最為嚴(yán)重，煤體致裂效果最佳。