加载角度对煤声发射特征的影响试验研究

为得到不同层理煤声发射参数并为其破裂机制和破裂前兆分析及判定提供参考,进行了层理角度为45°、90°、0°煤样单轴压缩声发射实验研究,分析不同加载角度煤样b值与应力及能量所对应关系,研究其声发射参数RA与AF值变化规律,并分析了加载角度为0°下的声发射b值与声发射r值。结果表明：峰值应力之后能量大量释放导致微裂纹贯通成大裂纹;加载角度为45°和90°的煤样b值相接近且明显大于0°煤样,各试件在达到峰值应力后b值均有下降趋势;加载角度为45°时,煤样破坏形式为张剪复合破坏;加载角度为90°和0°时煤样破坏形成为张拉破坏;b值大幅下降时段与r值大幅增加时段相同,r值可作为描述煤破坏程度的1个指标。     

煤应变型冲击破坏尺寸效应声发射特征试验研究

为探究煤冲击破坏过程中的尺寸效应现象,采用自主研发的煤岩冲击破坏试验装置对5种不同尺寸的方形试样开展单轴压缩试验,并重点监测其声发射特征。研究表明：煤的弹性模量随边长尺寸的增加而增加,抗压强度及峰值应变随尺寸的增加而减小,尺寸较大的试样,在整体冲击破坏发生前会有局部小型冲击破坏的发生;随着边长尺寸的增加,声发射总振铃计数增长速度加快,声发射信号大能量更多在临近破坏阶段,但尺寸增加到300 mm时,声发射能量尺寸效应不明显。大尺寸试样的声发射b值会因为局部冲击而产生突降;声发射定位信号反映了试样破坏方式,随着边长尺寸的变大,声发射定位信号愈加分散,试样破坏方式由剪切破坏为主转为张拉破坏为主。     

基于径向变形增量的煤间歇性破坏过程损伤演化分析

煤样单轴压缩条件下常发生间歇性破坏行为，复杂破坏过程的损伤评价有助于明晰伴随该过程的能量演化，对矿业工程灾害预警及防治具有重要意义。为探究间歇性破坏过程损伤演化，对标准煤样进行常规单轴加载，实时监测其变形特征发现，外载荷作用下煤样局部裂隙丛集发生剧烈损伤时，轴向载荷突降，径向变形剧烈增长，且载荷越接近峰值强度，增长速率越快。损伤源于内部裂隙发育扩展，导致试样沿径向快速膨胀，据此提出基于径向变形增量的损伤表征方法，对煤等非均质介质的非线性损伤评价具有更强适用性。对比基于径向变形增量的损伤评价结果与声发射特征及裂隙发育扩展演化，三者高度一致的演化过程佐证基于径向变形评价损伤的可靠性。研究结果表明，间歇性破坏阶段，裂隙局部丛集或者沿最大主应力方向相互连接贯通形成大尺度破裂，试样径向膨胀，局部剧烈破坏导致其损伤变量激增。间歇性破坏行为源于试样内部不同区域反复发生的局部剧烈损伤，锯齿状应力–应变曲线及伴随该过程的非线性损伤演化表明煤等非均质介质在外载作用下存在损伤突变现象。