·992 工程科学学报，第39卷，第7期 10 。0=0° 10 -0-30° ◆0=-450 +0=60° 103 年0-90° 9 102 10 100 152535455565758595 图7电流线分布示意图 T℃ Fig.7 Distribution schematic diagram of the current line 图5不同温度下无烟煤电阻率 Fig.5 Coal resistivity under different temperatures 层理面影响较大 层理面对导电性的影响可以从电荷极化原理网 104 ◆T-0℃ 来分析，如图8所示.自由电荷在通过层理面时，由于 -T=15℃ T-25℃ 不同层理柱的电流密度是不同的，将有电荷积聚在层 10 7-35元 ◆-7-45℃ 理面上，积聚在层理面上的电荷会形成新的电场E, 7-55℃ T-65℃ 削弱了原电场E的作用，而且日角越大，新的电场E 9 10 7T-75℃ ◆-T=85℃ 在原电场方向的分量越大，削弱作用越强，阻碍了电荷 T-95℃ 向低电势方向的移动，电流发生变化，开始减小，直到 10 试样中的传导电流相等，层理面上电荷积聚才会停止， 1010 系统达到稳态.正是由于层理结构的存在，当电流通 过层理面时，试样导电性将减弱，电阻率增大 30 45 60 0M) 图6不同8角度下无烟煤电阻率 Fig.6 Coal resistivity under different angles 剖面，如图7所示.需要特别指出的是，煤样层理间有 两种存在形式，一种是空隙或裂隙，另一种是糜棱质填 充物：实验所用煤样层理间存在极少量的糜棱质填充 物，主要为空隙或裂隙，因此，本文所建分析模型适合 于层理间为孔隙或裂隙的煤样.图7中，红色箭头代 LLLN 表电流线方向，黑白相间部分代表层理结构，其相邻面 图8积聚电荷电场示意图 代表层理面，黑色带箭头的虚线代表电场线及其方向 Fig.8 Electrie field schematic diagram of the accumulation charge 把所有电荷（总电流）都需要通过的层理面，称之为关 键层理面，如图7中洋红色直线所示 由以上分析可知，层理面对电阻率的影响机理可 在试样I-V曲线测试时，试样两端加电压后，形成 以通过串并联主导程度，来反映，且，取决于总电流 一个平行平板电场E,如图7所示.自由电荷在电场作 是否通过关键层理面及其数量n和开始通过时间t,而 用下，正电荷向负极移动，负电荷向正极移动，在试样 这些因素均与0有关.n越小，t越大，r越小，电阻率 内形成电流.由于电流具有懒惰性，自由电荷沿着层 越小；反之，电阻率越大 理柱运动“懒惰”电流线主要分布层理柱内，此时相 假设电流在每个层理柱内的移动速度相同，层 当于并联，导电性受层理面影响较小；当自由电荷运动 理厚度H也相同.按照标准试件比例，构建一个关键 一定时间1后，到达试样壁，此时电荷将无法继续沿层 层理面数量n和开始通过时间t与0关系的计算模型 理柱运动，依据最小势能原理4，物质总是在位能 图，如图9所示.轴向长为2L,垂直轴向断面直径长为L 最小时趋于平衡状态，因此，自由电荷为趋于平衡，需 由图9可知，总电流开始通过关键层理面的时间为： 要继续向低电势的一端运动，这时“懒惰”电流线就不 (2) 可避免的需要穿过层理面，此时相当于串联，导电性受 vsin工程科学学报，第 39 卷，第 7 期 图 5 不同温度下无烟煤电阻率 Fig． 5 Coal resistivity under different temperatures 图 6 不同 θ 角度下无烟煤电阻率 Fig． 6 Coal resistivity under different angles 剖面，如图 7 所示． 需要特别指出的是，煤样层理间有 两种存在形式，一种是空隙或裂隙，另一种是糜棱质填 充物; 实验所用煤样层理间存在极少量的糜棱质填充 物，主要为空隙或裂隙，因此，本文所建分析模型适合 于层理间为孔隙或裂隙的煤样． 图 7 中，红色箭头代 表电流线方向，黑白相间部分代表层理结构，其相邻面 代表层理面，黑色带箭头的虚线代表电场线及其方向． 把所有电荷( 总电流) 都需要通过的层理面，称之为关 键层理面，如图 7 中洋红色直线所示． 在试样 I--V 曲线测试时，试样两端加电压后，形成 一个平行平板电场 E，如图7 所示． 自由电荷在电场作 用下，正电荷向负极移动，负电荷向正极移动，在试样 内形成电流． 由于电流具有懒惰性，自由电荷沿着层 理柱运动，“懒惰”电流线主要分布层理柱内，此时相 当于并联，导电性受层理面影响较小; 当自由电荷运动 一定时间 t 后，到达试样壁，此时电荷将无法继续沿层 理柱运动，依据最小势能原理［24--25］，物质总是在位能 最小时趋于平衡状态，因此，自由电荷为趋于平衡，需 要继续向低电势的一端运动，这时“懒惰”电流线就不 可避免的需要穿过层理面，此时相当于串联，导电性受 图 7 电流线分布示意图 Fig． 7 Distribution schematic diagram of the current line 层理面影响较大． 层理面对导电性的影响可以从电荷极化原理［26］ 来分析，如图 8 所示． 自由电荷在通过层理面时，由于 不同层理柱的电流密度是不同的，将有电荷积聚在层 理面上，积聚在层理面上的电荷会形成新的电场 E'， 削弱了原电场 E 的作用，而且 θ 角越大，新的电场 E' 在原电场方向的分量越大，削弱作用越强，阻碍了电荷 向低电势方向的移动，电流发生变化，开始减小，直到 试样中的传导电流相等，层理面上电荷积聚才会停止， 系统达到稳态． 正是由于层理结构的存在，当电流通 过层理面时，试样导电性将减弱，电阻率增大． 图 8 积聚电荷电场示意图 Fig． 8 Electric field schematic diagram of the accumulation charge 由以上分析可知，层理面对电阻率的影响机理可 以通过串并联主导程度 r 来反映，且 r 取决于总电流 是否通过关键层理面及其数量 n 和开始通过时间 t，而 这些因素均与 θ 有关． n 越小，t 越大，r 越小，电阻率 越小; 反之，电阻率越大． 假设电流在每个层理柱内的移动速度 v 相同，层 理厚度 H 也相同． 按照标准试件比例，构建一个关键 层理面数量 n 和开始通过时间 t 与 θ 关系的计算模型 图，如图9 所示． 轴向长为2L，垂直轴向断面直径长为 L． 由图9 可知，总电流开始通过关键层理面的时间为: t = L0 v = L vsinθ ． ( 2) · 299 ·