不同节理夹角煤单轴压缩力学和声发射响应及影响机制

煤岩的力学特性和声发射响应规律对冲击地压监测预警至关重要,为研究加载方向与节理面夹角(α)对煤样力学特性、裂纹扩展方式及声发射响应的影响,对不同加载方向与节理面夹角的煤样进行单轴压缩试验,并分析了力学和声发射信号响应规律。结果表明:加载方向与节理面夹角对煤样力学特性和声发射响应规律有显著影响。随α增大,峰值载荷和破坏时间均呈先微降后增大的趋势,峰后破坏时间从0°到30°出现陡降趋势。α≤45°煤样的应力-应变在峰值或峰值后出现震荡起伏现象,单轴抗压强度和应变量均小于α>45°的煤样。α>45°煤样的应力-应变曲线在峰值或峰值后无震荡起伏现象;α≤45°的煤样受力以平行节理面应力分量为主,更容易产生沿节理面的滑移破坏,振铃累计值陡增和大能量声发射信号主要集中在峰后阶段,声发射信号与应力降具有很高的相关性。α>45°的煤样受力以垂直节理面应力分量为主,更容易产生挤压摩擦破坏,在应力稳定上升阶段就伴随着大量的声发射信号,大能量声发射信号主要集中在峰前阶段;随α增大,煤样表现出的冲击倾向性越强,声发射信号以45°为界表现出不同的峰前峰后特征。因此,鉴定煤冲击倾向性和利用声发射...     

基于单轴压缩红外辐射的煤岩损伤演化特征

为定量分析煤岩受载过程中红外辐射温度特征参数与煤岩损伤演化规律,采集并分析了煤岩单轴压缩条件下的红外辐射温度数据,根据损伤力学理论构建了煤岩损伤模型,得到了最高红外辐射温度积累量和煤岩损伤之间的关系。结果表明:(1)煤岩受载最高红外辐射温度-时间曲线与载荷-时间曲线有很好的对应关系,最高红外辐射温度能够反映煤岩受载破坏情况;(2)基于最高红外辐射温度积累量的煤岩损伤演化模型能够很好地反映煤岩在单轴压缩条件下裂隙缺陷产生、发展和破坏的演化过程;(3)基于最高红外辐射温度积累量的计算应力和实测应力的整体相关性系数达到0.8以上,呈高度相关,且计算应力-应变曲线峰值超前于实测应力-应变曲线峰值。     

煤岩受载损伤演化电位特征实验研究

通过分析煤岩破坏过程电位响应特征,并根据电位与变形破坏之间的关系,建立了煤岩损伤破坏与电位信号的耦合关系。研究表明：煤岩在受载破坏过程中电位信号与破裂损伤有较好对应关系。在受载前期,煤岩损伤变形较少,微破裂发育较为缓慢,产生的电位信号较少,较为稳定。受载后期,煤岩损伤破坏不断加剧,电位信号不断增加。当载荷突变时,煤岩破坏显著,电位信号出现相应的突变。试样破裂越强烈,电位突变越显著。基于统计损伤理论,建立了煤岩损伤破坏与电位信号的耦合关系,推导出不同损伤阶段基于电位累积量的“应力-应变”的理论曲线,并对计算应力与实测应力进行相关性分析,得到平均相关系数为0.623 7,呈显著相关,与实测值具有很好的对应性,且理论值具有前兆规律。电位响应特征的变化能够反映煤岩损伤的演化过程,为煤岩失稳破坏提供一种探测方法。     

煤样单轴压缩破坏红外温度临界慢化前兆研究

为研究煤样受载破坏过程中有效前兆信息,开展了煤样单轴压缩加载试验,分析了在相同加载方式下煤样红外辐射温度变化特征,运用临界慢化理论对煤样最高红外辐射温度进行处理,比较了最高红外辐射温度的方差和自相关系数,分析了方差、最高红外辐射温度以及载荷在时间上的变化特征。结果表明:煤样在受载前期和中期最高和平均红外温度变化趋势基本保持一致,受载后期最高红外温度在煤样损伤点处呈上升趋势,主破裂发生时,最高红外辐射温度急剧上升,而平均红外温度在主破裂时并未表现出明显变化;方差和自相关系数均受窗口长度和滞后步长的影响,但方差曲线受窗口长度影响较大;对比红外降温前兆点和红外升温突增点,方差对煤样失稳破坏的预测更加的精准。     

煤岩膨胀破裂应变及声发射特征实验研究

针对目标对煤岩膨胀破裂过程中的声发射特征研究较少的问题,开展了煤岩膨胀破裂实验,分析了煤岩膨胀破裂全过程应变与声发射信号的变化规律。结果表明:①煤岩膨胀破裂过程可划分为微破裂阶段(Ⅰ)、宏观裂纹生成及扩展阶段(Ⅱ)和劈裂阶段(Ⅲ)。②煤、岩试样膨胀过程应变演化具有一致性,均呈现“缓变→加速→极值”变化趋势,但两者各阶段声发射信号差异较大。③煤样在第Ⅰ、Ⅱ阶段声发射振铃计数较为丰富,在临近第Ⅲ阶段累计振铃计数呈指数型递增;而砂岩在第Ⅰ、Ⅱ阶段声发射振铃计数较少,在临近第Ⅲ阶段累计振铃计数表现出“突增→平静”趋势。④煤岩膨胀破裂过程均存在变形局部化现象,应变变异系数的突变和声发射峰值频率段增多现象可作为煤岩胀裂失稳破坏的前兆特征。研究结果可为煤岩致裂等工程的监测预警提供依据。     

岩石受载破坏过程声电信号时频特征研究

岩石受载破坏过程声电信号时域特征分析大多从声电信号幅值、振铃计数、能量等参数方面定性得出结论,并未直接给出声电信号时域相关性,且声电信号频域特征分析所用参数较单一。针对上述问题,开展了单轴压缩条件下岩石试样受载破坏过程声电信号监测实验,分析了岩石受载破坏不同阶段声电信号时频特征。结果表明:①在压密阶段和弹性阶段,声电信号幅值基本为零;在加速破坏阶段,声电信号幅值逐渐增强,信号数量逐渐增多;在完全破坏阶段,声电信号幅值几乎同增同减,当载荷达到峰值时,声电信号幅值同时达到最大;在受载破坏全程,声发射信号幅值大于电磁辐射信号幅值。②在加速破坏阶段,声电信号显著相关;在完全破坏阶段,声电信号高度相关;在受载破坏全程,声电信号随时间变化趋势基本相同,声电信号在时域上高度相关。③在加速破坏阶段和完全破坏阶段,电磁辐射信号以低频和甚低频信号为主;与电磁辐射信号相比,声发射信号频带更宽、主频幅值更大;声电信号主频集中范围相近但不完全一致;完全破坏阶段声电信号主频幅值大于加速破坏阶段声电信号主频幅值。     

声发射梅尔倒谱系数在砂岩破裂分析的应用

声发射技术在煤岩破裂分析领域进行了大量应用，取得了诸多有益成果，对煤岩动力灾害监测预警提供了重要指导，然而煤岩声发射分析仍存在进一步研究和完善的空间，亟待提出新的声发射分析方法。为此，开展了预制裂纹砂岩试样单轴加载破坏实验，同步采集了加载全程的应力应变数据和全波形声发射数据，并对试样进行全程高清摄像；利用声波分析手段提取了砂岩的声发射梅尔倒谱系数，探讨了该系数在砂岩破裂分析的优势及其原因，分析了该系数对砂岩破坏过程的响应，由此进一步研究揭示了预制裂纹砂岩试样的破裂破坏演化特征及声发射梅尔倒谱系数前兆信息。结果表明：对同种砂岩的不同试样，由不同通道采集的声发射信号提取的同号梅尔倒谱系数的变化特征相似、变化量相近、偏差程度小(5%～15%),并且在砂岩加载全程具有阶段性和敏感性的变化特征，说明声发射梅尔倒谱系数具有稳定性优势，可作为反映砂岩破裂状态的特征参数；梅尔倒谱系数可对声发射波形进行很好表征，系数提取过程不对波形设置门槛值，系数值由一段时间内声发射波形幅度和密集程度等整体形态决定，而不同通道采集的声发射波形整体形态在一段时间内趋向于相似，是该系数具有稳定性优势的原因；在砂岩破坏阶段，...