《煤介电常数影响因素研究现状.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《煤介电常数影响因素研究现状.docx（8页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、煤介电常数影响因素研究现状摘要：煤介电常数是研究电磁波在煤中传播特性的重要参数为了更好的分析电磁波在煤中的传播情况，完善和发展现有技术与煤电介质物理学的相关理论，通过国内外的文献调研，系统分析和总结了煤介电常数影响因素的研究现状，综合阐述了煤介电常数随煤变质程度、水分、温度、矿物质以及测试频率的变化关系，指出了煤介电常数影响因素研究方法的缺乏以及预防矿井水灾、火灾的新发展方向。研究结果表明：影响煤介电常数的因素较多，通常分为主要因素和次要因素，在一定条件下，两者之间能够实现动态变化或者互相转换。关键词：煤；介电常数；介电性；煤矿安全；矿井火灾近年来随着煤储量的不断减少以及煤需求量的不断增加，煤
2、大规模开采所带来的地质灾祸、瓦斯灾祸、水灾频发，造成了大量的人员伤亡和财产损失。为了加强对煤的合理利用，减少煤对环境造成的污染，避免灾祸的发生，国内外研究学者开发了煤微波脱硫、矿井地质灾祸预警、煤矿孔中径向裂隙探测、太赫兹成像雷达等技术，这些技术与电磁波在煤中的传播特性密切相关，而传播特性又主要取决于煤的介电性质，即煤复介电常数的实部和虚部1-4。因而，对影响煤介电常数的因素进行研究和分析，不仅能够对现有技术进行完善和发展，也能为煤矿安全高效开采提供一个新思路，开拓一个新途径。1变质程度对煤介电常数影响低变质程度煤含有较多高介电常数的水和极性官能团，煤介电常数较大；随煤变质程度的加深，煤中水分
3、和极性官能团的含量减少，煤介电常数降低；进入无烟煤阶段，载流子增加，内在水分增加，煤介电常数迅速增大。徐宏武等人发现1MHz频率下，随煤变质程度的升高，煤介电常数先减小后增大，其中烟煤阶段煤介电常数变化较为平稳，无烟煤阶段煤介电常数急速上升5；吕绍林等研究发现，低阶煤介电常数较小，高阶煤介电常数值较大，同一频率下，烟煤介电常数是无烟煤的三分之一6；Marland等人发现，1组煤中低阶煤和高阶煤的介电常数值比中阶煤高7；万琼芝等人以为煤碳含量大于88后，煤介电常数会大幅度增加8；徐龙君等人发现镜质组煤介电常数的实部和虚部均随碳摩尔百分数的增大而增大9。但并非所有煤介电常数与变质程度的变化关系都符
4、合上述情况。Marland等人就发现了2组煤介电常数与煤阶的变化关系与1组煤不同7，一个可能的解释是煤矿物含量和组成的显著变化，掩盖了煤阶效应。2水分对煤介电常数的影响含有Ca2，Na，K等离子的水是一种呈溶液状态存在于煤中的极性分子，水介电常数远大于煤介电常数，煤中一部分极性官能团和矿物质能够被水溶解，成为大幅度增加煤介电常数的极性溶液。徐宏武等对8种原煤样浸水60h后，发现各煤种的相对介电常数均有不同程度的上升，其中1MHz频率下褐煤上升幅度最大，长焰煤次之，其它煤种增长微弱，160MHz频率下焦煤和贫煤上升较快，瘦煤，无烟煤次之，气煤，肥煤变化不明显5-8；万琼芝对水分含量不同的4种褐煤
5、进行枯燥处理后，发如今1MHz测试频率下枯燥褐煤的介电常数几乎一致8；Marland等在2216GHz的测试频率下用谐振腔法，对8种煤样的介电常数实部进行测定，发现各煤样的原煤介电常数均大于枯燥煤的介电常数，枯燥前低阶煤具有较高的介电常数，枯燥后低阶煤介电常数降到最低，而高阶煤的介电常数值在枯燥前后都较大7；吕绍林等采用电容法，对10MHz测试频率下的焦作无烟煤，鹤壁气肥煤，平顶山气肥煤进行测定，发现随浸泡时间增长，焦作煤介电常数下降，鹤壁煤和平顶山煤微小幅度升高6；刘陵玉等采用空间自由法，发现110GHz下的烟煤，半无烟煤，无烟煤，煤介电常数实部和虚部均随湿度的增加而单调递增。以上实验结果讲
6、明：一般情况下，低变质程度煤，极性官能团较多，孔隙率较高，吸水能力较强，煤介电常数受水分影响较大，中高变质程度煤，极性官能团较少，孔隙率较低，吸水能力较弱，煤介电常数受水分影响较微；水分固然作用于煤介电常数，但并不是所有煤介电常数都随湿度的增加而增加，测试频率变化，同一种煤介电常数受湿度影响程度就有可能改变，同种变质程度煤，可以能因煤构造，煤组分，矿物质含量等原因，导致煤介电常数受湿度影响的结果截然相反。这讲明了某些情况下，水不是影响煤介电常数的主因。3温度对煤介电常数的影响温度升高，一方面，改变了煤中的质点动能和极性分子动能，煤极化被毁坏，煤介电常数降低；另一方面，煤中水分的蒸发也会使煤介电
7、常数减小。Giuntini等使用阻抗分析仪测定10KHz下煤介电常数，发现220380K范围内，煤介电常数随温度升高而单调递增9-10；Brach等采用电容法研究10kHz下的8种煤介电常数，发现100400K升温经过中，只要1种煤的介电常数呈现出了单调递增趋势，其它煤介电常数几乎没有改变11；徐宏武对1MHz下的褐煤，烟煤，无烟煤，从常温加温到120，发现煤相对介电常数随温度升高呈单调递减趋势，其中下降幅度最小的是烟煤；吕绍林等采用电容法测介电常数，发现从常温加温到100，10MHz下的烟煤，无烟煤介电常数均先降后升6；王晶晶等采用同轴传输法测量烟煤介电常数，发现炭化温度为300、500、7
8、00时，煤复介电常数的实部和虚部均为0，炭化温度为900时，实部和虚部值急剧增大12；Marland等采用谐振腔法，发如今40180的升温经过中煤介电常数大幅度下降，冷却经过中煤介电常数值保持基本恒定7。以上实验结果讲明：通常情况下，水分含量较多的低阶煤介电常数受温度影响程度较大，水分含量较少的中高阶煤介电常数受温度影响程度较小；温度虽对煤介电常数有所影响，但并不是温度越高煤介电常数越小，一方面这与测试频率有关，另一方面也与煤组分，矿物质以及高温下煤构造的改变有关。这讲明在一些情况下，温度并不是影响煤介电常数的主要因素。4矿物质对煤介电常数的影响一般情况下，煤矿物质介电常数大于褐煤，烟煤有机质
9、的介电常数，低于无烟煤有机质的介电常数。徐宏武等发现褐煤或烟煤的介电常数随矿物质含量升高而增大，无烟煤介电常数随矿物质含量升高而减小5；徐龙君等采用微扰法，发现高灰低变质无烟煤中黄铁矿含量很少，石英，方解石含量较多，对煤进行脱矿处理后，脱矿样的介电常数大于原煤样9；高孟华等采用比拟电容器电容量法发现黄铁矿，高岭石的介电常数较高，煤系伴生矿物质在1555的升温经过中，介电常数逐步减小，5585的加湿经过中，介电常数逐步增大13；Marland等使用微波辐射时发现，黄铁矿比测试煤样表现出了更高的介电常数，而石英、白云石、方解石、云母、高岭石的介电常数比中阶煤低，比拟60、180矿物质介电常数，发现
10、温度升高后，黄铁矿、石英介电常数值增大，方解石、云母、高岭石介电常数值降低7。以上实验结果讲明：煤矿物质的组成和含量对煤介电常数有较大作用；不同矿物质的煤介电常数受温度和水分影响程度不同，同种矿物质的煤介电常数在不同的温度和湿度区间，表现可能不同。这讲明一定条件下，矿物质对煤介电常数的影响程度大于其它影响因素。5测试频率对煤介电常数的影响外加电场作用下，煤极化现象的产生源于煤分子的转向与规律排列。交变电场频率越高，同向半周期越短，提供应煤分子转向的时间越少，转向难度加大，煤介电常数降低，频率越高，介电常数越趋于稳定。徐宏武等人研究发现，变质程度不同的煤随测试频率升高，介电常数减小，低频段表现分
11、散，高频段趋于一致，其中无烟煤变化最大；Giuntini等人发现5Hz10MHz范围内，煤介电常数实部呈缓慢单调递减趋势10；Brach等人发如今10013000Hz范围内，随频率升高，8种煤介电常数实部略有下降11；吕绍林等人发如今30MHz范围内，烟煤和无烟煤介电常数均随测试频率升高而减小，25MHz以内下降速率极大；王晶晶等发现，在218GHz范围内，900烟煤介电常数实部和虚部均单调递减12；徐龙君等发现，在微波频率范围内，高灰低变质无烟煤介电常数随频率升高而减小；FanWei等人采用自由空间法对W波段的75110GHz的煤介电性能进行研究，结果发现烟煤和无烟煤复介电常数的实部和虚部都
12、随频率增加而明显下降，无烟煤实部和虚部值高于烟煤；采用网络分析仪系统和太赫兹时域光谱系统对超出W频段的煤介电常数进行测定，结果表明，100500GHz范围内，随频率增加，煤介电常数实部单调递减，虚部单调增加，且虚部变化较实部更为明显，无烟煤实部变化幅度大于烟煤3；王昕采用太赫兹时域光谱技术测量了变质阶段气煤的介电常数，研究结果发现0312THz范围内，煤介电常数实部变化平稳，虚部单调递增14。上述实验结果讲明，煤介电常数实部随频率升高而降低，频率增大到一定程度，实部值保持相对稳定，煤介电常数虚部随频率的升高可能增加可以能减少。但这一关系不适用于所有煤。Marland等人就发如今0615、141
13、3、2216GHz测试频率下煤介电常数几乎没有变化。这表示煤介电常数随频率的变化可能会遭到煤化学，十分是煤阶，矿物质组成和含量的影响。1学者对煤介电常数进行了大量的实验研究，讨论了煤变质程度、水分、温度、矿物质及测试频率对煤介电常数的影响，这些研究成果不但完善和发展了煤微波脱硫、矿井地质灾祸预警、煤矿孔中径向裂隙探测、太赫兹成像雷达等技术，也对煤矿水害、瓦斯灾祸、地质灾祸的防治起到了很大的作用。2影响煤介电常数的因素较多，但实验研究并未指明对煤介电常数影响最大的因素；一定条件下，影响煤介电常数的主要因素和次要因素能够实现动态变化或互相转换，但缺乏相关技术和理论研究，具有一定的局限性。3煤介电常数的测试频率虽已提高到了太赫兹段，实验研究却还处于初步阶段。煤对太赫兹频段电磁波有较强的衰减特性，煤样的加工情况和测量介电常数的方法都会对实验结果造成影响，但相应的标准还没有构成。随着太赫兹科学技术在煤矿安全探测领域的发展，高空间分辨率太赫兹成像技术的应用前景将特别广阔。4煤介电常数测定大多是在室温到120范围内进行，而煤自燃温度是300350，涉及这个区间段的煤介电测量很少。