含水承载煤岩损伤演化过程能量释放规律及关键孕灾声发射信号拾取

不同含水状态对煤岩样损伤演化过程有重要的影响,为了研究不同含水状态煤岩样单轴压缩全过程煤岩样损伤演化过程能量释放规律,并基于能量贡献率与振铃计数贡献率共同准则拾取关键孕灾声发射信号,以指导声发射技术在岩体工程监测和灾害预警中的应用。利用岩石力学试验系统和全信息声发射信息分析仪,开展不同含水状态煤岩样的单轴压缩试验,主要对不同含水状态下煤岩样的力学特性、能量释放规律、破坏模式以及关键部位孕灾声发射信号进行拾取。试验结果表明,不同含水状态煤岩样力学性质各不相同,含水率的增大能有效弱化煤岩样强度。不同含水状态煤岩样能量释放规律各不相同,水在软化煤岩基质的同时,也对弹性应变能进行大量吸收,进一步导致含水煤岩受载屈服阶段弹性应变能占比增大,耗散应变能迅速降低,对应蓄能期(声发射平静期),待其孔隙水压力增大到对裂隙进行了扩展与贯通,即试样马上进入破坏阶段。不同含水状态下煤岩样单轴压缩破坏模式均为剪切形式,且含水率增大,剪切裂纹趋于复杂。同时验证了基于能量贡献率和振铃计数贡献率计算准则的声发射信号拾取方法可行,并与其他常规声发射参数形成对应关系,可为具体分析前兆特征分析和灾变预警提供参考。     

脆性孔洞煤样承载过程破坏模式及能量阶段蓄积释放规律分析

能量蓄积和释放是煤岩变形破坏的本质属性,含孔煤岩破坏模式及能量蓄积释放规律的认识对裂纹发育演化、巷道硐室围岩稳定性以及动力学灾害防控至关重要.为了得到脆性孔洞煤样承载过程破坏模式及能量阶段蓄积释放规律,通过开展单轴压缩试验,运用高速摄像机和声发射监测系统分别对承载煤样的破坏过程及内部损伤演化信息进行监测,并对煤样力学特性、破坏模式以及能量蓄积释放规律等进行分析.研究结果表明:含孔煤样脆性发生降低,单轴抗压强度和弹性模量等力学参数均发生了劣化,平均峰值应变却有所增加.完整和含孔煤样均为典型的拉伸破坏模式,含孔煤样裂纹发育和破坏形式更加复杂.完整和含孔煤样在初始压密阶段、弹性阶段、稳定破坏阶段、非稳定破坏阶段及峰后破坏阶段的能量演化规律大致相同,但完整煤样峰值破坏瞬间各项能量均高于含孔煤样,完整煤样弹性阶段蓄能时间持续较长,非稳定破坏阶段释能时间持续较短,含孔煤样刚好相反.孔作为初始缺陷不仅对煤样强度具有劣化作用而且改变了煤样蓄能和释能的持续时间,降低了弹性能的积聚和释放速率,降低了峰值破坏时的剧烈程度.孔的存在也改变了煤样峰后力学特性,降低了其脆性,提高了煤样平均残余强度,延长了峰后破坏时间,降低了平均峰后割线模量.这为钻孔卸压防治动力灾害提供了科学依据.     

采动裂隙煤岩破裂过程热红外辐射异化特征

高应力强卸荷下煤岩动力破坏现象频发,明确煤岩破裂前兆信息是保障深部煤炭安全开采的重要内容。为定量研究采动裂隙煤岩破裂过程热红外辐射异化特征,采用实验手段分析受载下裂隙煤岩体损伤直至破裂过程热红外辐射温度时域演化规律与异常区域迁移特征,对比分析预制结构面对红外辐射异化特征的影响,揭示热红外辐射温度场与声发射耗散能量间的关系。结果表明:裂隙煤岩破裂过程热红外辐射温度时域演化规律划分为Tave的平静、小幅波动、快速增加和快速降低4个阶段。Tave极值出现在0.77σp,可作为煤岩临近破裂的前兆特征;热红外辐射异常区域的迁移特征可作为煤岩破裂的重要前兆现象,σ≥0.30σp开始出现大面积整体性升温,σ≥0.77σp温度仍保持整体性增加,但温度最大值开始降低,σ≥σp以热红外辐射低温异常区域为主;预制结构面的存在对裂隙煤岩的力学响应特征起到决定性作用,且平行结构面造成的强度劣化最为显著,对岩石工程的安全影响最大。裂隙煤岩破裂红外辐射异常区域集于制结构面附近,红外辐射温度异常区域迁移与声发射能量突变基本保持一致。