含瓦斯煤受载损伤演化声发射特性实验研究.pdf

第 4 2卷 第 6期 2 0 1 6年 6月 工矿 自 动 化 I nd us t r y a nd M i n e Aut oma t i on Vo 1 ． 4 2 NO． 6 J un ．2 01 6 文 章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 6 0 6 0 0 3 7 0 5 D OI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 6 ． 0 6 ． 0 1 0 钮月， 李忠辉， 王红浩 ， 等． 含瓦斯煤受载损伤演化声发射特性实验研究[ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 6 ， 4 2 6 3 7 4 1 ． 含瓦斯煤受载损伤演化声发射特性实验研究 钮 月 。 ， 李 忠辉 ， 王红 浩 ， 王佳 丽 ， 刘 帅杰 。 ， 殷 山 。 ， 孔 艳 慧h 。 ， 洪 森 。 1 ． 中国矿 业大 学 煤矿 瓦斯 与火 灾 防治教 育部 重点 实 验室 ，江苏 徐 州 2 2 1 1 l 6 ； 2 ． 中 国矿业 大学 煤 炭 资源 与安 全开采 国家重 点实 验室 ，江苏 徐 州 2 2 1 1 1 6 ； 3 ． 中国矿业大学 安全工程学院 ， 江苏 徐州 2 2 1 1 1 6 ； 4 ． 郑州煤炭工业 集 团 有 限责任公司 裴 沟煤 矿 ， 河 南 新密4 5 2 3 8 2 ；5 ． 新 郑煤 电有 限责 任公 司 ， 河 南 新 郑4 5 1 1 0 0 摘要 搭建 了含瓦斯煤单轴压缩信息采集系统， 测试 了煤样 受载破坏过程中声发射及力学特性参数的变 化 ， 并对煤岩损伤演化模型及声发射特性进行 了深入的分析研究。研究结果表明， 含瓦斯煤在受载破坏过程 中能够产 生声发射信号， 在受载前期声发射信号较少， 受载后期较多， 载荷峰值附近声发射信号达到最大值 ； 声发射脉 冲数及能量与载荷 的变化趋势一致 ， 能够直观地反映含 瓦斯煤损伤程度 ； 基于声发射特性参数的损 伤演化模型 ， 根据声发射脉冲数及能量所计算的损伤值与实测值 变化趋势基本一致； 作为前 兆信息， 声发射 收稿 日期 2 0 1 5 - 1 2 2 8 ； 修回 日期 2 0 1 6 0 1 2 7 ； 责任编辑 张强。 基金 项 目 国家 自然科学基金 资助项 目 5 1 5 7 4 2 3 1 ； 煤炭资源与安全 开采 国家重点 实验室 自主研 究课题 资助 项 目 S KL C RS M1 5 X0 3 ； 江苏 省 “ 青蓝工程” 资助项 目 2 0 1 0 1 0 2 9 0 0 2 。 作者简 介 钮月 1 9 9 1 一 ， 男 ， 安徽蚌埠人 ， 硕士研究生 ， 研究方 向为安全监测监控 ， E - ma i l a h s y l s 6 9 c u ret ． e d u ． c n 。 抗匹 配角 度 出发 ， 将 收 发线 圈互 感 的变 化 等 效 成 系 统阻抗 参 数 的改变 ， 用互 感 理论 分析 了 MR C WP T 系统的传输机理 ， 简单介绍了阻抗 匹配理论及其参 数计算方法 ， 提出了一种具有 阻抗匹配器 的 MRC wP T 系统 ， 并 采 用 仿 真 方 法 验 证 了 系 统 的 优 化 效 果 在 同样 条 件下 ， 具 有 阻抗 匹配 器 的 MR C WP T 系统可有效提高负载端功率 。 参考文献 [1 ] [ 2] [ 3] [ 4] [5] K URS A， KARALI S A ， M OFFATT R， e t a 1 ． W i r e l e s s p o we r t r a n s f e r v i a s t r o n g l y c o u p l e d ma g n e t i c r e s o n a n c e s [ J ] ． S c i e n c e ， 2 0 0 7 ，3 1 7 5 8 3 4 8 3 8 6 ． 黄学 良， 谭林林 ，陈中 ， 等． 无线 电能传输技术研究与 应 用综述[ J ] ． 电工技术学报 ， 2 0 1 3 ， 2 8 1 0 1 一 l 1 ． 范兴明 ， 莫小 勇， 张鑫． 磁耦 合谐 振无线电能传输 的研 究现状 及 应 用 [ J ] ．电 工 技 术 学 报 ， 2 0 1 3 ， 2 8 1 2 75 82． 赵 争鸣 ， 张艺 明， 陈凯楠． 磁耦合 谐振式无线 电能传输 技 术新 进 展 [ J ] ． 中 国 电机 工 程 学 报 ， 2 0 1 3 ， 3 3 3 1 1 3． 张献 ， 杨庆新 ， 崔 玉龙 ， 等． 大 功率 无线 电能传 输 系统 能量发 射线 圈设 计 、 优化 与验 证[ J ] ． 电工 技术 学报 ， 2 01 3， 2 8 1 0 l2 1 8． [6 ] [7 ] [8 ] [9 ] [ 1 O ] [ 1 1 ] [ 1 2 ] [ 1 3 ] [ 1 4 ] [ 1 5 ] BEH T C， KAT0 M ，I M URA T ，e t a 1 ．Aut o ma t e d i m p e d an c e ma t c hi n g s y s t e m f o r r ob us t wi r e l e s s p owe r t r a n s f e r v i a ma g n e t i c r e s o n a n c e c o u p l i n g [ J ] ． I E E E Tr a n s a c t i o n s o n I n d u s t r i a l El e c t r o n i c s ，2 0 1 3， 6 0 9 3 689 36 9 8． 杜秀 ，王健强 ， 程鹏 天． 磁耦合 无线 能量传输 中耦 合 模理论 和 电路理 论 的对 比分析 [ J ] ． 电工 技 术 学报 ， 2 O 1 3 ， 2 8 增刊 2 7 - 1 2 ． 邓亚峰． 无线供 电技 术[ M] ． 北京 冶金工 业 出版社 ， 2 O13 ． 田亚朋 ， 张 昌民 ， 仲 维伟． 阻抗 匹配 电路 原 理 与应 用 [ J ] ． 电子科 技 ， 2 0 1 2 ， 2 5 1 5 - 7 ． 魏守水． 压电驱动 中的 串联 电感 匹配技术 [ J ] ． 电工 技 术学报 ， 2 0 0 6 ， 2 1 1 O 7 1 7 5 ． 陈丽． 传 输线 信 号完 整性 的反 射 分析 [ J ] ． 工矿 自动 化 ， 2 0 1 4， 4 0 3 4 9 5 2 ． 徐苏． 高速电路传输线阻抗 匹配分 析与仿 真[ J ] ． 煤 炭 技术 ， 2 0 1 1 ， 3 0 1 0 3 8 - 4 0 ． 邱 关 源． 电路 [ M] ． 北 京 高 等 教 育 出版 社 ， 2 0 0 9 4 24 425 ． 陈伟 ， 黄秋元 ， 周鹏． 高速电路信号完整性分析 与设计 [ M] ． 北京 电子工业 出版社 ， 2 0 0 9 2 1 2 2 ． 王 国东 ， 原璐 璐． 无线 电能传输 系统谐 振线 圈优 化设 计r J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 4 ， 4 0 3 5 3 5 6 ． 3 8 工矿 自动化 2 0 1 6年 第 4 2卷 信 号 能 够表 征 煤岩 损伤 演化规 律 ， 反 映煤岩 受载破 坏 状 态。该研 究成 果将 为现 场煤 岩 瓦斯 动 力 灾 害的 监 测 及预防提供参考。 关键词 含 瓦斯煤 ；受栽损伤 ； 声发射特性 ；演化规律；力学参数；监测预警 中 图分类 号 TD 7 1 3 文献标 志码 A 网络 出版时 间 2 0 1 6 0 6 - 0 1 1 0 2 7 网络 出版 地址 h t t p ／ ／ www． e n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP． 2 0 1 6 0 6 0 1 ． 1 0 2 7 ． 0 1 0 ． h t ml Ex pe r i me n t a l s t u d y o n c h a r a c t e r i s t i c s o f a c o us t i c e mi s s i o n f o r c o a l c o n t a i n i n g ga s d a ma g e d e v o l ut i o n u n de r l o a d i n g NI U Yu e ’ 一，L I Zh o n g h u i ， 一， W ANG Ho n g h a o ， W ANG J i a l i ． LI U S h u a i j i e 一， YI N S h a n 一， KONG Ya n h u i ～， HONG S e n - 1 ． Ke y L a b o r a t o r y o f Ga s a n d Fi r e Co n t r o l f o r Co a l M i n e s o f Mi n i s t r y o f Ed u c a t i o n． Chi na Uni v e r s i t y o f M i n i ng a nd Te c h no l og y，Xu z h ou 2 21 1 1 6，Chi na；2． St a t e K e y La bo r a t o r y of Co a l Re s ou r c e s a nd Sa f e M i n i ng，Ch i na U n i v e r s i t y o f M i ni ng a n d Te c hn ol o gy，Xu z ho u 2 21 11 6，Chi n a 3 ． S c h o o l o f S a f e t y En g i n e e r i n g ，Ch i n a Un i v e r s i t y o f M i n i n g a n d Te c h n o l o g y ，Xu z h o u 2 2 1 1 1 6，Ch i n a； 4 ． Pe i g o u Co a l M i n e ，Z h e n g z h o u Co a l I n d u s t r y Gr o u p Co ． ，Lt d ． ，Xi n mi 4 5 2 3 8 2 ，Ch i n a ； 5． Xi nz he n g Co a 1 El e c t r i c i t y Co． ，Lt d． ，Xi n z he ng 4 51 1 0 0，Chi n a Ab s t r a c t An i n f o r m a t i on c o l l e c t i o n s y s t e m o f c o a l c ont a i ni ng g a s u nd e r un i a xi a l c o m p r e s s i o n wa s bu i l t ，d a t e s “ c ha ng e o f a c ou s t i c e mi s s i o n a n d me c ha ni c a l pa r a m e t e r s whi l e c oa l s a m p l e s l o a d e d w e r e t e s t e d， a n d d a m a g e d e vo l ut i o n m o de l o f c o a l a nd r o c k a nd c ha r a c t e r i s t i c o f a c o us t i c e m i s s i on w e r e s t ud i e d de e pl y ． Th e r e s e a r c h r e s u l t s s ho w t h a t t he r e a r e a c ou s t i c e mi s s i o n s i gn a l s pr o du c e d d ur i n g l o a de d pr oc e s s f o r c oa l c on t a i ni ng g a s．The n umbe r o f a c o us t i c e mi s s i o n s i n gl e s i s l e s s a t e a r l y s t a g e a nd m o r e a t l a t e r s t a ge ，whi l e a c hi e ve s t he m a x i mum v a l ue wh e n t he l o a d r e ac he s pe a k v a l u e． Th e c ha n ge t r e n d of p ul s e nu m b e r a nd e n e r gy of a c ou s t i c e m i s s i on i s c ons i s t e n t wi t h t he l oa d v a l ue ， w h i c h c a n r e f l e c t d a ma g e d e gr e e o f c o a l c on t a i ni ng g a s we l 1 ． Ba s e d o n t he c oa 1 d a ma g e d e v ol u t i o n m o de l of a c o us t i c e mi s s i o n c ha r a c t e r i s t i c s pa r a m e t e r s，c ha nge t r e nd o f da m a ge v a l ue c a l c u l a t e d f r o m t he a c ou s t i c e mi s s i o n pu l s e nu m b e r a n d e ne r g y a n d t he a c t u a 1 me a s ur e d va l ue a r e ba s i c a l i d e nt i c a 1 ． As a pr e c ur s o r i nf o r ma t i on， t he a c ou s t i c e mi s s i o n s i gn a l c a n r e pr e s e n t da ma ge e vo l ut i on l a ws o f c o a l a n d r o c k a nd r e f l e c t d a m a ge s t a t e und e r l o a de d s t a t e ． Th e r e s e a r c h r e s u l t wou l d pr o v i de r e f e r e nc e f o r mo ni t o r i ng a nd p r e ve nt i ng of g a s dy na mi c d i s a s t e r of c o a l a n d r o c k i 1 “1 c o a 1 mj ne Ke y wo r ds c o a l c o nt a i ni ng g a s； l o a de d d a ma g e； a c ou s t i c e mi s s i o n c ha r a c t e r i s t i c s e v ol ut i o n l a w m e c h a ni c a l pa r a me t e r；mon i t o r i ng a n d wa r ni ng 0 引 言 随着 煤 层 开采 深 度 的增 加 和 开 采强 度 的增 大 ， 煤矿的高应力 、 高瓦斯现象 日益突出， 导致了冲击地 压 、 煤与瓦斯 突出等灾害 日趋严重 ] 。煤岩在受载 过 程 中会产 生变 形破 坏 ， 释放 出弹性 能 ， 产生 声发 射 信号。声发射的强度和频度能够反映煤岩体 的受载 破坏及损伤程度| 2 ] 。含瓦斯煤层在发生动力灾 害的 过程中常常伴有大量的瓦斯 涌出， 瓦斯对 于煤体损 伤 演化 的过 程具 有 重 要 的影 响 。 因此 ， 通 过 研 究 含 瓦斯煤岩在受载破坏过程中声发射参数 的变化 ， 探 究煤岩损伤演化规律 ， 对于监测预报含瓦斯煤层动 力 灾害 具有 重要 的 意义 。 目前 ， 广大学者对煤岩材料受载过程 中所产生 的声发 射现 象 已经有 了深 入 的研究 。邹银 辉 研究 了煤岩 声发 射特 征 的产生 机理 ， 并 推导 了理 论模 型 。 曹树刚等[ 4 ] 研究了煤样在不同围压条件下受载破坏 声发射信号 的变化趋势 ， 并将其与单轴情 况做了 比 较 。刘保县等 ] 建立 了煤岩损伤变量与声发射累计 振 铃数 的关 系式 。 以上 研 究 已经 取 得 了 显 著 的 效 果 ， 并用于现场生产实践[ 6 ] 。但 目前针对含 瓦斯煤 受载过 程 中力学 及 声发射 特 性参 数 与煤岩 损 伤演化 规律 间 的定量 研 究 相 对 较少 。 因此 ， 笔 者 搭 建 了含 瓦斯煤单轴压缩信 息采集 系统 ， 用于测试含瓦斯煤 2 0 1 6年第 6期 钮 月等 含 瓦斯煤受载损伤演化声发射特性 实验研究 3 9 受 载破 坏过 程 中力学 及声 发射 特性 参数 的变 化 。根 据力 学 理论 ， 构建 煤岩 损 伤模 型 ， 得 到声 发射 参 数积 累量 与煤样损伤 变形之 间的理论关 系 ， 为煤岩 损伤破 坏演化 规律找 到合 适 的参 数 推导 模 型 。实 验 室条 件 下的成果有望用于煤矿现场 ， 指导煤岩瓦斯动力灾害 的监测 与预防 。 1 实验 内容 1 ． 1 实验 系统 实验系统采用含 瓦斯 煤单轴压缩信息 采集 系 统 ， 如 图 1所示 。系统 主要 包括应 力 加载 系统 、 声 发 射数据采集系统、 密封缸体 、 瓦斯及氮气重放系统。 卜一 氮 气 气 瓶 ；2 一 开 关 ；3压 力 表 ；4 ～ 电 液 伺 服 压 力 机 5 一缸体 ；6 一瓦斯气瓶 ；7 一密封圈 ；8 一煤岩试样 ；9 一热缩管 ； 1 0 一声发射 传感器 ；1 1 一前置放大器 ；1 2 一力 学参数采集仪 ； 1 3 一声发射数据采集仪 ； 1 4 ～卸压 阀 图 1 实验系统结构 1 应 力 加 载 系统 。包 括 电液 伺 服 压 力 机 、 力 学参数采集仪 ， 可实时显示测试数据和应力一应变 曲线、 载荷一 时问曲线 ， 记录力学参数。 2 声 发射 数据采集 系统。包 括声发 射传感 器 、 前置放大器 、 声发射数据采集仪等 ， 将采集 到的 声发射信号放大、 滤波后转换成数 字信号 ， 并实时 显示 。 3 密封 缸体 。包 括 缸 体 实 体 内置 煤 样 、 密 封 圈 、 热缩 管等 ， 用 于创 造密 封环 境 。 4 瓦斯及氮气 重放 系统。包括氮气气瓶、 瓦 斯气瓶、 开关 、 压力表 、 卸压 阀等 ， 向缸体 中充入氮 气 ， 创造围压条件 ， 向热缩管内充入 瓦斯 ， 使之与煤 样充分接触 ， 构建含瓦斯煤环境。 1 ． 2 实验 方 法 实 验 煤 样取 自徐 州 某煤 矿 ， 将 井 下 煤 块 加工 成 5 0 mm1 0 0 mm 的标 准试 件 。 实 验步 骤如 下 1 连 接好 缸体 、 气 瓶等 元 器件 ， 将 煤 样用 热 缩 管密封 ， 置入缸体 中， 确保缸体密封 。 2 利用真空泵将 缸体 内抽成真 空状 态， 打开 氮气气 瓶 开关 ， 向缸体 内充 入一定 压 力 的氮气 ， 形成 围压 ， 打开 瓦 斯 气 瓶 ， 向热 缩 管 充 入 一 定 压 力 的瓦 斯 ， 使 之 与煤样 充分 吸 附 持 续 8 h 。 3 连接力学参数采集仪 、 声发射数据采集仪 等 ， 进 行调 试 。 4 启 动 电液 伺 服 压 力 机 ， 根 据 实 验 方 案 控 制 电液伺 服压 力 机 ， 以 1 0 0 0 N／ s的力 控 速 度 对 缸 体 施 加载 荷 ， 使煤 样 受 载破 坏 ， 同 时记 录力 学 参 数 ， 采 集声发射信号。 2实 验结 果分 析 选取有 代表 性 的试样 加 载结 果 氮气 围压 为 4 MP a ， 瓦斯 压力 为 0 ． 6 MP a 进 行 分 析 。含 瓦斯 煤 样在 受 载过程 中的载 荷及 声发 射特 性参 数 随时 间变 化 曲线 如 图 2所 示 。 a 载荷 随时间变化曲线 O 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 时间／ s 4 00 3 50 3 0 0 。 2 0 0 蠢1 5 0 诅 1 O O ．5 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 时间／ s c 声发射能量随时间变化曲线 图 2 含瓦斯煤样在受载过程 中的载荷 及声 发射特性 参数 随时间变化曲线 O 0 O O O O O O ∞ 如 ∞ 如 i 1 1 籁是萱撩 设 4 0 工矿 自动化 2 0 1 6年 第 4 2卷 由 图 2可 知 ， 含 瓦斯煤 样 在受 载破坏 过 程 中 ， 能 够 产 生声 发射 信号 。受载 前期 ， 载 荷较 小 ， 局 部产 生 微 破 裂 损 伤 ， 信 号较 少 。受 载 后期 ， 载 荷不 断 升 高 ， 裂隙 稳步 扩展 ， 声 发 射 信 号不 断增 强 。载荷 峰 值 附 近 ， 裂 隙贯通 ， 形 成 主 破 坏 ， 声 发 射脉 冲数 及 能 量 达 到了最大值 。声发射信号的产生来源于煤岩内部损 伤 过 程裂 隙的 闭合 及 扩 展 ， 声 发 射 脉 冲数 反 映微 裂 纹破 坏 的次数 ， 而声 发射 能量 则反 映破 坏 的强度 ， 两 者与 载荷 的变 化趋 势 具 有 一致 性 ， 能 直 观 地反 映含 瓦斯 煤损 伤过 程 。 3 基于声 发 射特 性参 数的含 瓦 斯煤 损伤 演化分 析 3 ． 1 基 于声 发射 脉 冲数 的含 瓦斯煤 损伤 演化模 型 HE I P L E C R等认为声发射信号发生于材料的 受载 破坏 过程 中 ， 与材 料 内部 的剥离 、 断裂 及裂 纹扩 展所 释放 的应 变 能 成 正 比。 因此 ， 本 文 利 用声 发 射 脉 冲数及 能量 来描 述煤 岩 的损伤 特性 。 根据 K a c h a n o v理论 ， 将 损伤 变量 定义 为 D D Ad ／ A 1 式 中 Aa 为 承载 断 面上 微 缺 陷 的所 有 面积 ； A 为初 始 时无损 的断面 积 。 若无损材料整个截面完全破坏累计产生的声发 射脉 冲数为 N。 ， 单位面积微破坏时的声发射脉冲数 为 N ， 则有 N 一 N。 ／ A 2 当断面损伤 面积达 到 A 时， 声发射 脉冲数 累 计 为 N ， 则有 Nd Nw Ad一 N。 ／ A Ad 3 经 过运算 ， 得 D Nd／N。 4 试 验过程 中 ， 煤样 尚未 完全 破坏 时 ， 电液伺 服 压 力机就停止加载 。因此 ， 对损伤变量做了修正。设 D 为损 伤 的临界 值 ， 则 有 D Du Nd／N。 5 为 了便 于计 算 ， 可设 Du一 1一 ／ o 。 6 式 中 为残余强度 ； 为峰值强度 。 根据连续损伤力学理论 ， 所建立的损伤破坏模 型如 下 一 E 1一 D ￡一 1一 D 7 式 中 为 理 论 应 力 值 ； E 为 弹 性 模 量 ； e为 应 变 ； 为应变 ￡未经修正的应力值 。 设 D ￡ 、 Nd ￡ 、 和 e 分 别 为不 同加 载时 刻 t 的损伤参量 、 累计 脉冲数 、 应力和应变 ， 则可推 导 出基于声 发 射脉 冲数 的单轴 压 缩含 瓦斯 煤 的损伤 模 型 为 ￡ 一 E 1 一 1 一 ／ Nd ／ N。 ] Ee 8 3 ． 2 基 于声发 射 能量 的含 瓦斯 煤损 伤演 化模 型 假设声 发 射能 量与 煤样 损伤 演化 过程 中的耗散 能成 正 比关 系 ， 耗 散 能导 致 材 料 的 内部 损 伤 和 塑性 变形 ， 那 么损 伤变量 可 用声 发射 的能 量积 累来 表示 D E W ／ w 9 式 中 E W 为损伤 至 t时刻 累计 声 发 射 能 量 ； w 为 煤样 完全 被破 坏 时累计 的声 发射 能量 。 同理 可得 出基 于声 发射 能量 的单 轴压 缩 含瓦斯 煤损 伤模 型为 一 L 1 一 1 一 ／ a 三 W ／ w ] Ee f 1 0 3 ． 3 含 瓦斯 煤 受载损 伤 演化 分析 根据 式 4 和式 9 对 图 2中试样 测得 的声发 射 脉 冲数及 能量 进 行 归一 化 处 理 ， 试 样 累计 损 伤 结 果 如 图 3所示 。结合 式 8 、 式 1 0 ， 根 据 不 同应 变 水 平声发射脉冲数或能量及应变计算应力 ， 得 出基于 声发射脉冲数和能量 的应变一损伤关 系曲线， 并与 实测 值对 比 ， 如 图 4所 示 。 a 基于声发射脉冲数 b 基 于 声 发 射 能 量 图 3 基 于声发射 脉冲数和能量的应变一 损伤关 系曲线 从 图 3 、 图 4可 以看 出 ， 理 论值 与 实 测 值趋 势 基 本 吻合 ， 说 明利用 声 发 射 特 性 参 数 表征 损 伤 变 量 是 2 0 1 6年第 6期 钮 月等 含 瓦斯煤受载损伤演化声发射特性实验研究 4 1 合 理 的 。 6 0 5 0 日 4 O 。 趟 2 0 1 O 一实测值 基于声发射能量 的理论值 十基于声发射脉冲数 的理论值 一 U 5 J 0 J 0 25 30 应变／ l o 一 图 4 损伤 理论 值与实测值对 比 结 合 图 2 、 图 4可 知 ， 基 于 声 发射 参 数 的 含 瓦斯 煤受载损伤演化 主要经历 了 4个阶段。第 1阶段 初始受载至应变值达 0 ． 8 1 0 ， 此 阶段煤岩处于 弹性 变 形状 态 ， 为初 步损 伤 状 态 ， 损 伤 量 较 小 ， 声 发 射信 号 较 少 。第 2阶 段 加 载 至 应 变 值 为 1 ． 3 1 0 ， 此 阶段 煤样 处 于微破 裂稳 定 发展 、 损伤 变 量不 断增大状态 ， 此时声发射信号随应力增加 而逐渐提 高 。第 3阶段 加载 至应 变值 为 2 ． 1 1 0 _ 。 ， 此 阶段 损 伤加 速且 不稳 定 发 展 ， 损 伤 变 量 急 剧 上 升 至煤 样 破 坏 ， 煤样 内部 的 微破 裂 迅 速 扩 展 、 贯 通 ， 在 表 面 出 现了显著的宏 观破坏 ， 伴随着大 量声 电信 号产生。 第 4阶段 煤 样 处于 主破 裂后 的状 态 ， 此 时煤 样 基本 失 去承 载能 力 ， 在残余 载 荷 的作用 下 ， 破 碎块 体 之 间 相互摩擦 ， 产生了大量 的声发射信号。 煤 样 在初 始 加 载 阶 段存 在 塑 性 形 变 ， 导 致 弹性 模量 不 稳定 变化 ， 因此 ， 在 同 一应 力 值 时 ， 实 际应 变 值 大于 由式 8 、 式 1 0 计 算 的理 论 应 变 值 。而 在 第 2 一 第 4阶段 ， 基 于 声 发 射 脉 冲 数 及 能 量 的理 论 损伤曲线与实测 的应力一 应变曲线变化趋势具有较 强 的一 致性 ， 声 发射 信 号 变 化 能 够很 好 地 表 征 煤 样 受 载破 坏过 程 中的损 伤演 化规 律 。理论 计算 的应力 一 应 变 曲线 峰 值 超 前 于 实 测 曲线 峰 值 ， 这 对 于煤 矿 现 场预 测动 力灾 害具 有 重要 的指 导 意 义 。声 发 射信 号 脉 冲数及 能 量 作 为 含瓦斯 煤受 载 破坏 的前 兆信 息 ， 能够 反 映煤 岩体 的受 载破 坏状 态 ， 为包 括煤 与瓦 斯 突 出 、 含 瓦斯 煤 冲击 地 压 等 在 内的 动力 灾 害 的监 测 及预 防提 供 了理论 依据 。 4 结 语 搭 建 了围压 条件 下含 瓦斯 煤单 轴压 缩信 息 采集 系统 ， 测 试 了声 发 射 及 力学 特 性 参 数 的变 化 并进 行 了分 析 ， 得 出了 以下结论 1 含 瓦 斯 煤样 在 受 载 破 坏 过 程 中 ， 能 够产 生 声发射信号。在受载前期 ， 载荷较小 ， 声发射信号较 少； 在受载后期 ， 载荷不断升高 ， 声发射信号增多； 在 峰值载荷附近 ， 声发射信号达到最 大值 。声发射 的 脉 冲数及 能量 与 载荷 的变 化 趋 势 一 致 ， 能 够 直 观地 反映 含 瓦斯煤 损伤 程度 。 2 建立 了基 于声 发射 特性 参 数 的损 伤 演 化模 型 ， 分 析 了含 瓦斯煤 受载 破坏 过程 中应 力 、 应变 与声 发射 特性 参数 的相 互 关 系 ， 根 据 模 型 所计 算 的损 伤 值与实测值的变化趋势基本一致 ， 声发射脉冲数及 能量的变化能够表征含瓦斯煤损伤演化规律。 3 声发射信号是含瓦斯煤受载破坏 的前兆信 息 ， 能反映煤岩体的受载破坏状态 。 参 考 文 献 E l i 钱鸣高 ， 石平 五． 矿 山压力 与岩层 控制E M] ． 徐 州 中国 矿 业 大 学 出 版社 ， 2 0 0 3 ． E 2 ] 韩放 ， 纪洪广． 单轴加 卸荷 过程 中岩石声学特性及其 与 损伤 因子关 系 [ J ] ． 北京 科 技 大学 学报 ， 2 0 0 7 ， 2 9 5 4 52 455 ． [ 3 ] 邹银 辉． 煤岩 声发 射 机理 初探 [ J ] ． 矿 业 安全 与环 保 ， 2 00 4， 3I 1 3卜33 ． [ 4 ] 曹树 刚， 刘延保 ， 张立强 ． 突出煤体 变形 破坏声 发射 特 征 的 综 合 分 析 [ J ] ． 岩 石 力 学 与 工 程 学 报 ， 2 0 0 7 ， 2 6 增 刊 1 2 7 9 4 2 7 9 9 ． E s ] 刘保县 ， 黄敬林 ， 王泽 云 ， 等． 单 轴压缩煤岩损伤演化 及 声发射 特 性 研 究 [ J ] ． 岩 石 力 学 与 工 程 学 报 ， 2 0 0 9 ， 2 8 增 刊 1 3 2 3 4 3 2 3 8 ． [ 6 ] L AV RO V A．Th e Ka i s e r e f f e c t i n r o c k s p r i n c i p l e s a n d s t r e s s e s t i ma t i o n t e c h n i q u e s [ J ] ． I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f Ro c k Me c h a n i c s a n d Mi n i n g S c i e n c e s ， 20 03， 4 0 2 1 5卜17 1． E 7 ] R UDA J E V V， V I L HE L M J ， L O KA1 I I C E K T ． La bo r at or y s t ud i e s o f a c o us t i c e mi s s i on pr i o r t o u n i a x i a l c o mp r e s s i v e r o c k f a i l u r e[ J ] ． I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f Ro c k Me c h a n i c s a n d Mi n i n g S c i e n c e s ， 2 0 0 0 ， 3 7 4 6 9 9 7 0 4 ． [ 8 3 刘学文 ， 林吉 中， 袁祖 贻． 应 用声发 射技 术评 价材料 疲 劳损伤 的研究 I- J ] ． 中国铁 道科学 ， 1 9 9 7 ， 1 8 4 7 4 8 1 ．