煤岩破裂声发射实验研究及RS统计分析
煤岩蠕变声发射特征试验研究
文章编号 ： １ ０ ０ ５ － ０ ９ ３ ０（ ２ ０ １ ３ ） ０ １ － ０ １ ５ ９ － ０ ０ ８
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ５ ４ ３ ９ ３ ０ ． ２ ０ １ ３ ． Ｏ １ ． ０ １ ７
煤 岩 蠕 变 声 发 射 特 征 试 验 研 究
声发射是岩石材料在外界应力作用下 ， 其 内部积聚的弹塑性能量达到某一临界值之 后引起微裂隙的产生与扩展 ， 同时伴随有弹性波或应力波释放的现象． 岩石压缩变形破坏 必然伴随声发射的产生 ， 声发射信息蕴含着丰富的岩石损伤渐进破坏的前兆信息 ］ ， 利 用岩石压缩破坏过程 中的声发射信息对岩石 的损伤渐进破坏过程进行 预测 ， 对监测矿 山 井 下煤 体 变形 及 煤柱 稳 定性 具 有 重要 意 义 ． 本文 利 用 ＭＴ Ｓ ８ １ ５岩石伺 服试 验机 和 Ａ Ｅ ２ １ Ｃ
平均蠕变系数为 ０ ． ５ ９ １ ． 与其它不同分级加载蠕变条件下 的岩石流变系数相比， 煤岩的蠕
变 系数 相对 较小 ¨ ．
本文 对 １ ＃ 煤样 的蠕变声 发射试验结果 进行分析 ． 图 ２为 ｌ ＃ 试件 在各级加 载水平上 的应 变 时间曲线 ， 从 图中可 以看 出 ： （ １ ） 在各 应力水平 上施 加应 力后 ， 立刻 产生 瞬时 弹性应 变 ， 在
了分级加载声发射试验． 试验结果分析表 明， 煤岩分级加载过程存在蠕 变应力
阈值 ， 在 达 到 该 阈值 之 前 ， 各 个 应 力水 平 上 的煤 岩 变形 很 不 明显 ， 当加 载 水 平 大 于该 阈值 时 才发 生 明 显蠕 变 变形 ． 在 瞬 态 蠕 变 阶段 ， 煤 岩试验研究
压剪破坏条件下型煤的声发射特征研究
采用微机控 制试验机 加载 ， 图 ２ ａ所示 ， 如 （） 测
量系统采用美 国 Ｄｓ一４声发射 测试 系统 ，如 图 ２ ｉ ２ ｐ
（） 示． ｂ所
基金项 目： 国家重 点基础研究发展计划 （０７ Ｂｏ４ｏ ， ２ｏｃ ２９ｏ ）国家 自 然科学基金资助项 目（０７０９ ５７４７） 通信作者 ： 刘长友（ ６一， 山东东营人 ， ， １ ５） ９ 男， 教授 博士生导师， 从事矿山压力与岩层控制、 高产高效开采与监测方面的研究． ｍｉ ｙｕｕ ｔ１３ ｏ Ｅ ａ：ｌｃｍ＠ ６．ｒ — ｌ ｉ ｃ ｃｎ
２ ２
头涂上黄油 ， 贴在靠近试样的试验机上．
图 １ 圆柱 形 型 煤 试样
Ｆｇ． ｌ ｒｃｌｍ ｏｕｄｃ ｌ ｉ １ Ｃｙｉ ｉａ ｎｄ ｌ ｏａ
图 ３ 型 煤压 剪破 坏 加 载 装 置
Ｆｇ３ Ｌ ａ ｅ ｉｅｏ ｃ ｍｐ ｅ ｓ ｎ ａ ｄｓ ｅ ｒ ａｌ ｒ ｉ ． ｏ ｄ ｄ ｖｃ ｆ ｏ ｒｓ ｏ ｎ ａ ｉ ｅ ｉ ｈ ｆ ｕ
一
质破坏速度和大小变化程度的重要指标． 本文通过微机控制试验机 对型煤试样进行压剪 破坏 ， 利用声发射仪来采集型煤在压剪条件下的声发 射数据． 中，声发射仪主要采集声发射频数和声发 其 射能量率 ， 压力机施加压力并采集压力值 ， 两种实验 数 据 同步 采 集 ， 因此 ， 种 数 据 可 以 以 时 间为 横轴 得 两
发射 事件 ．
关键词 ： 型煤 ； 声发射 ； 压剪破 坏； 剪切 角
中图分 类号 ： Ｄ３ ３ Ｔ １ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：６ ２ ９０ （００ ０ － ０２ ０ １７ — １２２ １ ）１ ０２ － ５
岩石应变岩爆实验声发射频谱特征
大尺度片麻岩试件（105 cm×40 cm×10 cm）在 循环荷载作用下声发射频率范围为 50~250 kHz［7］。 混凝土在低荷载作用下声发射频率分布范围为 10~ 50 kHz，分布窄，频率较低，幅值较小。有微裂纹产生 时，出现 165 kHz 的高频成分。随着荷载增加，10~ 165 kHz 频宽范围内的幅值增大。当宏观裂纹形成 时，高幅值的声发射频率位于 15 kHz 左右，而在临近 破坏前，高幅值覆盖了 10~165 kHz，声发射活跃［8］。 花岗岩节理摩擦滑移产生的声发射信号频率范围为 78.1~312.5 kHz［9］。
115
总第 626 期
现代矿业
2021 年 6 月第 6 期
期声发射在室内岩石实验应用主要是对荷载—声发 射特征—破坏特征的关系进行分析。随着技术进 步，声发射定位精度提高，实现了采用矩张量理论对 声发射数据进行分析，判定声发射源张拉或剪切类 型［3］。现场矿山开采过程中通过建立声发射微震监 测网，实时监测声发射信息，用于预警［4］。
本研究根据声发射波的传播及衰减规律，根据 已有的研究成果，对室内应变岩爆实验条件下岩石 材料破坏过程中的声发射频谱特征进行分析，并就
如何分析应用室内实验声发射结果进行初步说明。
1 声发射波的传播及衰减特征
一般认为采用声发射技术对材料进行研究时，
有一个频率适用范围［11］。岩石材料声发射频率范围
加载速率影响的岩石变形场演化及声发射特征实验研究
加载速率影响的岩石变形场演化及声发射特征实验研究加载速率是岩石变形和破裂过程中的重要参数之一，对岩石变形场的演化和声发射特征具有显著影响。
为了深入研究加载速率对岩石变形和声发射特征的影响，本实验进行了一系列加载速率变化的岩石变形场实验研究。
本实验选择了一块具有典型物理力学性质的花岗岩样本作为研究对象。
在实验中，我们将岩石样本放置在加载装置中，并通过施加不同的加载速率来模拟岩石在不同加载条件下的变形过程。
实验中，我们分别选取了快速加载、中等加载和慢速加载三种不同的加载速率，并观察了岩石样本在不同加载速率下的变形和声发射特征。
实验结果表明，不同加载速率下岩石变形场的演化过程存在明显差异。
在快速加载条件下，岩石样本出现了较大的应力集中和裂纹扩展现象，变形过程较为剧烈。
与之相比，在慢速加载条件下，岩石样本的变形过程较为缓慢，应力集中和裂纹扩展现象较为有限。
中等加载速率下，岩石样本的变形过程介于快速加载和慢速加载之间。
此外，在不同加载速率下，岩石样本的声发射特征也存在差异。
实验结果显示，快速加载条件下，岩石样本的声发射事件频率较高，并且声发射事件持续时间较短。
与之相比，在慢速加载条件下，岩石样本的声发射事件频率较低，并且声发射事件持续时间较长。
中等加载速率下，岩石样本的声发射特征介于快速加载和慢速加载之间。
综合实验结果可知，加载速率是影响岩石变形和声发射特征的重要因素。
不同加载速率下，岩石的变形过程和声发射特征存在差异，这对于理解岩石的力学行为和预测岩石破裂的过程具有重要意义。
本实验为进一步研究加载速率对岩石变形和声发射特征的影响提供了实验基础，并为岩石工程和地质灾害预测提供了参考依据。
煤岩体破裂过程中声发射行为及时空演化机制_左建平
第30卷第8期岩石力学与工程学报V ol.30 No.8 2011年8月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Aug.，2011煤岩体破裂过程中声发射行为及时空演化机制左建平1，2，裴建良3，刘建锋3，彭瑞东1，李岳春2(1. 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室，北京 100083；2. 中国矿业大学力学与建筑工程学院岩石力学与分形研究所，北京 100083；3. 四川大学水利水电学院，四川成都 610065)摘要：利用MTS 815试验机和声发射监测系统对单体岩石、单体煤和煤岩组合体进行单轴试验下的声发射测试，找出三者之间破坏机制的差异，从而为现场微震监测提供指导。
试验结果表明，随着荷载的增加，单体岩石、单体煤及煤岩组合体的累积声发射数都增加，并且煤及煤岩组合体单位体积的声发射数要比岩石的声发射数高1个数量级，这主要是煤的强度较低且内部结构松软破碎所致。
通过区分不同时段的声发射特征，得出三者破坏存在本质差异：随着荷载的增加，岩石的时段声发射数逐渐增多，煤的时段声发射数逐渐减少，而煤岩组合体的时段声发射先逐渐增加后逐渐减少。
岩石的抗拉强度最高，煤的最低，而煤岩组合体的位于单体岩石和煤之间。
对于煤岩组合体，岩石内部的声发射数约占声发射总数的10%～30%，煤体占70%～90%；并且声发射的空间分布主要受煤体结构及原生裂隙的影响。
关键词：岩石力学；煤岩组合体；声发射；破坏机制；三维空间定位中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2011)08–1564–07INVESTIGATION ON ACOUSTIC EMISSION BEHA VIOR AND ITSTIME-SPACE EVOLUTION MECHANISM IN FAILURE PROCESS OFCOAL-ROCK COMBINED BODYZUO Jianping1，2，PEI Jianliang3，LIU Jianfeng3，PENG Ruidong1，LI Yuechun2(1. State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining，China University of Mining and Technology，Beijing 100083，China；2. Institute of Rock Mechanics and Fractals，School of Mechanics and Civil Engineering，China University of Mining andTechnology，Beijing100083，China；3. College of Water Resources and Hydropower，Sichuan University，Chengdu，Sichuan610065，China)Abstract：Both of MTS 815 testing system and acoustic emission (AE) monitoring system are used to measure the AE activities of single rock，single coal and coal-rock combined body under uniaxial compression test. We focus on finding the discrepancies of failure mechanisms of the three；and then it can provide guidance for microseismic monitoring in the field. The experimental results indicate that with the increase of load，the cumulative AE numbers of single rock，single coal and coal-rock combined bodies are increasing. In addition，the AE numbers of unit volume of single coal or coal-rock combined body is about 1 order of magnitude more than those of single rock. It can be attributed to the low coal strength and its internal fractured structure. Through comparison of the AE numbers of different periods，we find the essential characteristics among the three kinds of samples. With the increase of load，the AE number in a time interval gradually increases in rock，decreases in coal，and increases initially and then decreases in coal-rock combined body. In the three kinds of samples，single rock and coal have the maximum and the minimum failure strength，respectively. However，the failure strength of coal-rock combined收稿日期：2011–02–14；修回日期：2011–03–31基金项目：高等学校全国优秀博士学位论文作者专项资金(201030)；国家重点基础研究发展计划(973)项目(2010CB732002)；教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET–09–0726)作者简介：左建平(1978–)，男，博士，1999年毕业于中南大学机电工程学院机辆工程专业，现任副教授，主要从事岩石力学、损伤、断裂及数值计算等方面的教学与研究工作。
岩石破裂过程声发射动态显示虚拟现实实验教学系统
文章编号：1007-757X（2020）07-0004-04岩石破裂过程声发射动态显示虚拟现实实验教学系统张春明，杨天鸿（东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳110006）摘要：利用虚拟现实技术将单轴压缩实验采集的应力应变实验数据和声发射系统采集的声发射信息，与岩石试件的三维模型和岩石破裂面的宏观信息全部集成到同一虚拟场景中，不但可以为学生提供观察各种实验数据的一种可视化手段，而且可以对岩石破裂过程中的声发射事件进行形象直观的动态模拟显示。
这将有助于加深学生对岩石破裂实验的理解，对岩石力学课程的教与学具有非常重要的意义。
关键词：岩石力学；声发射；岩石破裂；动态模拟；虚拟现实中图分类号：TP311文献标志码：AVR Experimental Teaching System for Dynamic Demonstration ofAcoustic Emission in Rock Failure ProcessZHANG Chunming,YANG Tianhong(School of Resources and Civil Engineering,Northeastern University,Shenyang,Liaoning110006,China) Abstract:By way of the virtual reality technology,the stress and strain experimental data collected from the uni-axial compression experiment and the acoustic emission information collected by the acoustic emission system are integrated into a virtual scene together with the three-dimensional model of rock specimen and affiliated surface information.It provides students with a visual means to observe various experimental data and implement a dynamic simulation of acoustic emission events during rock failure.It can help students deepen their understanding of rock failure experiments and is of great significance to the teaching and learning of rock mechanics.Key words:rock mechanics&acoustic emission；rock failure；dynamic simulation；virtual reality0引言本文依次介绍了岩石破裂实验的物理实验过程和数值模拟过程。
含孔洞岩样破裂过程研究
ｓｓ ｍ ａ ｄｓｅｓａａｙｉｇｓｆ ａｅ ｔｅ３ ｉ ｒ ｒｃｓ ａ ａ ｔ ｙｔ ｏ ｃ ｍ ｌｓ Ｆ Ａ ． ｙｔ ｎ ｔ ｓ ｎ ｌ ｎ ｏｗ ｒ（ｈ ｆ ｌ ｅｐｏ ｅｓ ｎ ｌ ｉ ｓｓ ｍ ｆ ｏｋｓ ｐｅ ，Ｒ Ｐ ３ ｅ ｒ ｚ ｔ Ｄ ａｕ ｙｃ ｅ ｒ ａ Ｄ）
Ｋｅ ｙｗｏ ｄ Ｒｏ ｋ ｓ ｍｐ ｅ ｔ ｏ ｅ ｒｓ ｃ ａ ｌ ｓｗｉｈ ｈ ｌ ｓ，Ｆｒ ｃｕ ｅ ｃ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ，Ｓｏ ｎ ｍｉｓｏ ａ ｔ ｒ ｈａ ａ ｔｒｓｉ ｓ ｕ ｄ ｅ ｓ ｉｎ
矿产资源是人类赖 以生存 、 社会发展 的物质基 础， 其作用在 国民经济与社会 发展 中具有不可替代
（． Ｉ 中钢集 团马鞍 山矿 山研 究院有限公 司；． ２ 金属矿 山安全 与健康 国家重点实验 室）
摘
要
岩石是典型的非均匀脆性材料 ， 内部富含各种缺陷， 其 在受载破裂过程 中会产生大量
的声发射信号。在 实验 室内单轴加载条件 下， 用声发射监 测 系统 以及应力分析软件（ 应 三维岩石 破 裂过程 分 析 系统 ， Ｆ Ａ。 ， 究分析 了不 同孔洞数 目岩石试 样破 裂机 理 以及 其破 裂过 程 中的行 Ｒ Ｐ ） 研
用 的一种 地下 结构 形式 。一些 岩石 工程 ， 如硐 室 、 巷
遥感技 术 、 ｘ射线 （ Ｘ—Ｒ ｙ 技术 、Ｔ Ｃｍ ｕｅｚｄ ａ） Ｃ （ ｏ ｐｔ ｅ ｉ ｒ Ｔｍｏｒｐｙ 方法 、 时全息 干涉 技术 、 光散 斑 （ ａ ｏ ｇａｈ ） 实 激 Ｌ－
ｓ ｅ ｌ）声发射（ ｃｕ ｉ Ｅ ｉｉ ） ｅｓ ｃｅ、 ｒｐ ｋ Ａ ｏｓｃ ｍｓｏ 技术等手段。 ｔ ｓ ｎ 而声发射主要包括有限元方法和离散元方法。有限
煤岩体孔隙裂隙实验方法研究进展
煤岩体孔隙裂隙实验方法研究进展程庆迎;黄炳香;李增华【摘要】Surveyed the observation and description methods, physical testing means of pore and fractures for coal and rock, summarized operating principle, applicability, present application status for various methods. Density calculation can get porosity, mercury intrusion method, nitrogen absorption method, small-angle X-ray scattering, nuclear magnetic resonance can obtain porosity, pore size distribution, pore volume, specific surface area, etc. Transmission electron microscope fits to study supermicroporosity. Computerized tomography, acoustic emission and electromagnetic emission detection technique can explore coal and rock damage.%调查了煤岩体的孔隙裂隙的观察描述方法以及物理测试方法,并对各种方法原理、适用条件、应用现状进行了综述.密度法能得到煤的孔隙率,压汞法、氮气吸附法、小角度x射线散射法、核磁共振法可分析煤的孔隙率、孔径分布、孔容积、比表面积等信息.透射电子显微镜适合研究煤的超微孔隙结构,计算机层析扫描法、声发射以及电磁辐射探测技术可研究煤岩体在各种受力条件下的损伤破坏.【期刊名称】《中国矿业》【年(卷),期】2012(021)001【总页数】4页(P115-118)【关键词】煤岩体;孔隙;裂隙;压汞法;计算机层析扫描;声发射【作者】程庆迎;黄炳香;李增华【作者单位】中国矿业大学安全工程学院,江苏徐州221116;中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州221116;中国矿业大学安全工程学院,江苏徐州221116【正文语种】中文【中图分类】TD-0煤岩体的孔隙裂隙对于研究瓦斯与水在煤岩层中的赋存状态和流动特性具有重要意义。
岩石压缩破坏声发射时序特征研究
岩石压缩破 坏 过 程 中 的声 发射 特 性。试 验结 果 见 图
１ 图 ２ 图 ３ 、 及 。
岩石单 轴 压 缩 条 件 下 声 发 射 试 验 的加 载 采 用 Ｍ Ｓ １ ．３电液伺 服岩石试验 系统。加载过 程采 用位 Ｔ ８ ５０ 移控 制方 式 ， ０ １ ｍ／ 以 ．ｍ ｓ的速度 加载 直到试件 破坏 且
图 ２ 砂岩试样单轴压缩声发射试验结果
本 文采 用声 发射 能 量计数 率 （ 简称 能 率 ） 分析 来
３ 岩 石压 缩破 坏过 程的 声发 射特征 分析 ３ １ 岩 石压缩 变形破 坏 演 化过程 的声发 射分 析 ．
｝收稿 日期：０ ｉ一 ９－０ ２１ ０ ５
顺槽 顶板出现大量 裂缝 ， 因此 ， 在钙 长石含量较 高 的巷
５ 应 用 效 果
围岩 ， 防止其风化和遇水膨胀 ； 在不便于封 闭围岩 的工 作面顺槽 ， 采取措施增强顶板 的完整性 ， 大锚杆 和锚 增 索 的预应力 ， 由原先 １０ ｍ 提高 到 ２ ０ ｍ、 ０Ｎ ０ Ｎ 钢筋 网由
原直径 ４ ｍ提高 到 ６ ｍ等措施 。 ｍ ｍ （） ２ 直接顶板为 细砂岩 ， 有较 多钙长 石的巷 道 ， 含 容易发 生脆 断破坏 ， 而导致顺槽 顶板出现 大量 裂缝 ； 从
处于平稳 的残余 变形阶段 。 声发射仪 型号 为 Ａ ４ ０ Ｅ一 ０ Ｂ型 ， 发 射 探 头采 用 声 单分量检波 器 ， 中心谐 振 频率 １０ Ｈ ， 置 放 大器 增 ２ ｋ ｚ前 益为 ４ ｄ ， ０ ｂ 主放 大 器 增 益 为 ４ ｄ ， 整 阀值 电 压 为 ０ｂ 调
１０ 设置声发射事件 间隔 为 ３Ｉ 。 ． Ｖ， ｌ ｌ ｓ 采用济宁矿区某矿的煤 、 砂岩和灰 岩为研究 对象 ， 将煤岩加工成 直径 ５ ｒ 高 １０ ｍ 的 圆柱型 标 准试 ０ ｍ、 ０ ｍ ａ
声发射能量累积与煤岩损伤演化关系初探
２Ｂ ｉｎ ｅｅ ｒｈＩ ｓｉ ｔ ｆ ａ ｎｎ Ｃ ｉａＣ ａ Ｒｅｅ ｒｈＩ ｓｉ ｔ， ｅ ｉｇ１ ０ １ ， ｈｎ ） ．ｅ ｉｇＲ ｓａｃ ｎｔ ｕｅ ｌ ｊ ｔ ｏ Ｃｏ Ｍｉｉｇ， ｈｎ ｏ ｌ ｓａ ｃ ｔ ｕｅ Ｂ ｉ ｎ ０ ０ ３ Ｃ ｉａ ｎ ｔ ｊ
ＬＩ Ｘ ｉ ｇｆ ｎｇ ， Ｗ Ａ Ｎ Ｇ Ｕ ａｎ ｅ Ｙｏｕ ａｎｇ ｇ ‘
（ ． ｌ ｇ ｆ ｅ ｈ ｎ ｃ ｎ ｇ ｎ ｅ ｉｇ Ｌｉｏ ｉ ｇＴｅ ｈ ｉａ ｉ ｅ ｓｔ， ｘｎ １ ３ ０ ， ｉ ａ １Ｃｏ ｌ ｅｏ ｃ ａ ｉｓ ｄ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ． ａ ｎ ｎ ｃ ｎ ｃ ｌ ｅ ｍ ａ Ｕｎｖ ｒ ｉ Ｆｕ ｉ ０ ０ Ｃｈｎ ； ｙ ２
Ｆｅ ｂ． ２ １ Ｏｌ
文 童编 号： １０－５２２ １）ｌ ０ １０ ０ ８０６ （０ １ ・ ０—４ Ｏ ０
声发射 能量 累积 与煤岩损伤演化 关系初探
刘 工 程 学 院，辽 宁 阜 新 １３ ０ ；２煤 炭 科 学 研 究 总 院 开 采 设 计 研 究 分 院 ， 京 １０ １ ） １辽 ２００ ． 北 ０ ０ ３
采矿地球物理学概论 (单页)
采矿地球物理学概论考点采07-4班内部资料往年版本仅供参考1．名称解释（1）P1 地球科学:以整体的地球作为研究对象，包括自地心至地球外层空间十分广阔的范围，如固体地圈、大气圈、水圈和生物圈等。
（2）P1 采矿地球物理学：采矿科学中的一个新的分支，是利用岩体中自然的或人工激发的物理场来监测岩体的动态变化和揭露已有的地质构造的一门学科。
（3）P57 矿山震动：由于采矿作业引起的岩体内聚集的能量突然动力释放的现象。
（4）P90 岩石的声发射：是岩石的变形与破断，颗粒之间的相位错动，岩石颗粒间摩擦滑动等产生的弹性波。
（5）P103岩石的电磁辐射：是指岩石受载破裂过程中向外辐射电磁能量的过程或现象。
（6）P90 采矿声发射法：就是以脉冲的形式记录弱的、低能量的岩体声发射的弹性波，来监测岩体的动态破坏特征。
（7）P95 激发地音法：是局部较小应力的变化（例如少量炸药的爆炸），将引起受压岩体微裂隙的产生，从而根据地音可确定应力的高低和冲击的危险。
（8）P125重力法：是根据地层中岩石介质质量分布的不均匀性来测量重力异常变化的方法。
（9）P81 声波法：是根据声波在岩体中的传播特性来解决采矿技术问题和地质问题、测定煤岩物理力学参数。
（10）P132采矿电法：是利用岩石中电特性的变化来解决地质、采矿技术、预测预报等方面的问题。
（11）P21 纵波：是在胀缩力的作用下，周围介质只产生体积变化而无旋转运动，质点交替发生膨胀和压缩，质点的振动方向与波的传播方向一致。
（12）P21 横波：是在旋转力的作用下，周围介质只产生转动而体积不发生任何变化，质点间依次发生横向位移，质点的振动方向与波的传播方向垂直（13）P18 地震：是地下某处在极短时间内释放大量能量的结果。
（14）P91 Kaiser记忆效应：对于循环加载，声发射对前一循环的载荷有记忆效果，称为Kaiser效应。
（15）P44 冲击矿压：是压力超过煤岩体的强度极限，聚积在巷道周围煤岩体中的能量突然释放，造成煤岩体振动和破坏，巷道垮落，支架与设备损坏，人员伤亡等的现象。
采动煤岩体劣化过程中声发射损伤效应数值模拟
２ ０ １ ３年 ０ ７月
西
安
科
技
大 学 学
报
Ｖｏ １ ． ３３ Ｎｏ ． ４
Ｊ Ｏ ＵＲ ＮＡ Ｌ ＯＦ Ⅺ ’ ＡＮ Ｕ ＮＩ Ｖ Ｅ ＲＳ Ｉ ＴＹＨＮ ＯＬ Ｏ Ｇ Ｙ
（ ２ ０ １ １ ４ １ ）
通 讯作者 ： 刘
超（ １ ９ ８ １ 一 ） ， 男， 河南息县人 ， 讲师 ， 博士后 ， 主要从 事煤岩体破裂 过程致灾机理及监测分析工作．
第 ４期
刘 超 等 ： 采 动煤岩 体 劣化过 程 中声发 射损 伤 效应数 值模 拟
３ ８ １
看出， 在第 ４ １ 步时产生了明显的声发射前兆 ， 尤其在第 ４ ２ 步一 ５ ８ 步过程中， 声发射前兆信息不断演化并
多， 破裂带逐渐显现 ， 直至煤岩体 主破坏产生时形成 了非常 明显的破 裂带， 此时煤岩体 中声发射 频度 突增 ， 而对应 的载 荷 出现 突 降 ； 主破 坏 发 生 后 ， 由 于残 余 应 力 的作 用 ， 声发 射 处 于较 低 水 平 ，
声发 射 总频 次 曲线也基 本 上没 有 增 长 ， 几 乎 与 载荷 曲线 保 持 在 水 平状 态。 上述 结 果 对 利 用煤 岩 体 声发射 特征 进行 煤岩 的破 坏过 程 实 时动 态监 测提 供 了可 能 性 ， 从 而 为 煤 与 瓦斯 突 出动 力 灾 害
致使破 裂 损伤 带逐 渐形 成 ， 而在第 ５ ９步 时 ， 声发 射 激 增 ， 能 量 突 然 得 到 释放 ， 发生 了主 破 坏 ， 以致宏 观裂 纹通道 贯 通 。最终 ， 出现 了声 发 射事 件定 位 的集 中 区 ， 大致 在试 样 中部形 成 了损 伤破 裂 。因此 ， 利 用 主破 坏之 前 的声发 射前 兆信 息 ， 即第 ４ １ 步 ～５ ８步 的声 发射 前兆信 息 ， 可对 煤 岩试样 的破裂 带进 行 预测 。从 煤 岩试样 受 力 的角度 来看 ， 在加 载 的前期 ， 声 发射 事件 较 少 ， 没有 形 成 明显 的破 裂 带 ； 随着 加 载进 行 ， 声 发射 逐渐 增多 ， 破 裂带 出现 ； 而在 主破 坏发 生 时 ， 破 裂 带 非 常 明显 。 可见 ， 利 用 声 发 射 前 兆信 息 在 时 空 间 上 的 分布 特征 ， 可 以较 为准 确地 预测 出破裂 带 （ 危 险 区） 的位 置 。
煤岩试样变形破坏声电效应试验研究
成 了库 仑场 。 或低 频 电磁辐 射 。
（ ） 纹形成 及扩 展前 ， ３裂 裂纹 尖端 积 累 了大量 的 自由 电荷 。裂纹 扩 展时 ， 发射 电子 ， 由于裂 纹不 是匀 速扩展 ， 必然 向外辐 射 电磁波 ， 种 电磁辐 这 这 射 与声 发射 是 同步 的 。
８ ０ 时 问
图 １ 试 样 变 形 破 裂 电磁 辐 射 规律
扑 率
一
（） ３ 电磁辐射 监测方 法 。 采用 Ｋ Ｄ Ｂ ５型电磁辐 射 仪非接 触式定 向测试 ， 宽频带监测 ， 收频 率 为 接 上 限为 ５ ０ｋ ｚ有 效监测距 离 为 ７ １ 测 点 间 ０ Ｈ ， ～ ２ｍ， 距 一般为 １ ０ｍ。
程 中形成 的带 电粒 子变 速运 动而 形成 的［ 。
１ 煤 岩 变 形 破 坏 的 电磁 辐 射 机 理
（） １ 煤岩 材料 变形及 破坏 时能 够产 生 电磁 场 ， 有 两种 形式 ： 一是 由 电荷 。 别是 试样 表 面积 累 电 特
此 ．通过监 测 煤体 的 电磁 辐射 信号 强弱 及其 变化 可 以预测煤 体 的冲击 危 险程度 。对煤 体 采用非 接
（ ） 样 载 荷一 间 关 系 曲线 图 ｃ试 时
（） ３ 检测原 理 。煤岩 体是一 种非均质 体 。 中 其
ａ
存 在各 种微 裂 、Ｌ 孑 隙等 ， 以致煤 岩体在 受外 力作用 ４ ０ 士｜ 发 丑
时就会 在这些缺 陷部位 产生应力 集 中 ，发 生突发 射 性 破裂 ， 使积聚 在煤岩体 中的能 量得 以释放 ， 以 ∞ 数 且 弹性波 的形式 向外传播 。 就是煤 岩体在地 应力 、 这
多场耦合作用下煤岩损伤破坏特性研究进展
多场耦合作用下煤岩损伤破坏特性研究进展1. 引言1.1 背景介绍煤岩是地质工程中常见的岩石类型之一，其具有孔隙多、脆性高等特点，在地表工程中承载了重要的工程任务。
受多种外界因素的影响，煤岩易受损伤和破坏。
多场耦合作用是指煤岩在多种力学、热学、水力等环境因素的共同作用下发生的相互影响和耦合效应。
在地下煤矿开采和地表工程中，多种力学作用如地表荷载、地下水压力、地震振动等因素会同时作用于煤岩体，导致煤岩体发生变形、破裂等损伤行为。
研究多场耦合作用下煤岩损伤破坏特性对于合理评估煤岩的力学性质、保障工程安全具有重要意义。
了解多场耦合作用下煤岩损伤破坏特性的影响因素、研究方法、破坏模式以及实验研究成果，对于指导工程实践、提高工程安全性具有重要的理论和实际意义。
本文将从上述几个方面展开讨论，以期为相关研究和工程实践提供参考和指导。
1.2 研究意义煤岩是我国重要的能源资源之一，其损伤破坏特性对煤层气开发和矿山安全具有重要影响。
而煤岩在地下工程中往往受到多场耦合作用的影响，如地质应力、水力、温度等多种因素同时作用于煤岩体，导致煤岩的损伤和破坏。
研究多场耦合作用下煤岩的损伤破坏特性，对于提高煤层气开发效率、保障矿山安全具有十分重要的意义。
2. 正文2.1 多场耦合作用下煤岩损伤的含义多场耦合作用下煤岩损伤的含义是指在复杂的地下工程环境中，煤岩受到多种力学、热学、地质等不同场耦合作用的影响而发生破坏和损伤的过程。
这些多种场耦合包括地表荷载、地下水压力、温度变化、地震等因素，它们交织在一起导致煤岩体内部发生变形、开裂和破坏。
研究多场耦合作用下煤岩损伤的含义不仅有助于深入了解煤岩的力学性质和破坏机理，也为预防和控制地下工程中煤岩灾害提供重要参考。
通过深入研究多场耦合作用下煤岩的损伤特性，可以有效地提高地下工程的安全性和稳定性，为实际工程提供可靠的理论基础。
2.2 多场耦合作用下煤岩破坏特性的影响因素物理因素是指影响煤岩破坏特性的一些物理性质，比如煤岩的孔隙结构、孔隙度、裂隙分布、岩石矿物组成、压力状态等。
煤岩体岩爆模拟试验中声发射时频演化规律分析
煤岩体岩爆模拟试验中声发射时频演化规律分析赵菲;王洪建;袁广祥;任富强【摘要】为了研究深部煤炭开采过程中煤岩体岩爆破坏过程声发射随应力演化的特性,对鹤岗矿区南山煤矿软岩巷道的煤岩体进行真三轴卸载岩爆试验,实时记录三向应力演化过程,并采集试验过程中的声发射信号进行参数和波形时频分析.结果表明:南山矿煤岩体岩爆临界破坏强度为17.8 MPa,是其单轴破坏强度的1.19倍,声发射累计释放能量达到(1.83E +5)my·ms.采用快速傅里叶变换,对选取的加载和卸载岩爆典型阶段声发射数据进行波形分析,得到频率-幅值密度分布.发现加载阶段破裂源相似,产生的信号特征较为接近,都是低幅值、低频率的,而煤爆时产生高频、高幅和低频、高幅多种成分的破裂源,预示着能量在不断地加大.【期刊名称】《华北水利水电学院学报》【年(卷),期】2017(038)005【总页数】6页(P82-87)【关键词】岩爆试验;声发射特性;能量;时频演化【作者】赵菲;王洪建;袁广祥;任富强【作者单位】华北水利水电大学资源与环境学院,河南郑州450045;华北水利水电大学资源与环境学院,河南郑州450045;华北水利水电大学资源与环境学院,河南郑州450045;中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TV223.1;TU45随着经济的不断发展，煤炭开采深度不断加大，然而深部地质环境复杂，灾害频发，在矿井中经常会遇到岩爆，由于其突发性及不可预测性，往往会严重影响煤矿安全生产，造成很大的经济损失。
多年来,学者针对矿井中的岩爆灾害问题已经从多种角度进行了不同分析，积累了大量有价值的成果[1-6]。
由于现场监测岩爆发生特征的困难性，所以在室内进行岩爆模拟试验，辅以多种动态监测手段成为研究岩爆发生机理的一个重要手段。
那么，如何在室内还原岩体岩爆发生时的应力转化过程，真实再现岩爆破坏现象显得尤为重要。
岩石煤系岩石断裂韧性与扩展机制的实验研究与分析
岩石煤系岩石断裂韧性与扩展机制的实验研究与分析岩石煤系岩石在地质工程中起着重要作用。
为了充分了解岩石煤系岩石的断裂韧性及其扩展机制，本文进行了一系列实验研究与分析。
实验结果表明，岩石煤系岩石具有较高的断裂韧性，并且其扩展机制受到多种因素的影响。
在实验过程中，我们选取了一块岩石煤系岩石样本，并进行了断裂韧性测试。
首先，我们采用了一种经过验证的方法对样本进行了前处理。
然后，我们使用万能材料试验机对样本进行加载，并记录了加载过程中的应力-应变曲线。
通过对应力-应变曲线的分析，我们得出了样本的最大应力和韧性指标。
实验结果显示，岩石煤系岩石具有较高的断裂韧性。
这表明该岩石煤系岩石在遭受外部力量时能够较好地抵抗断裂，并在一定程度上保持完整。
这一特性对于地质工程的稳定性具有重要意义。
为了深入了解岩石煤系岩石的断裂扩展机制，我们还对其内部结构进行了断裂面观察。
经过显微镜下的观察，我们发现岩石煤系岩石的断裂面具有明显的断裂纹路。
这些断裂纹路表明，在受力过程中，岩石煤系岩石内部会出现微小的断裂，这些断裂在形成断裂面时起到了关键作用。
进一步的实验研究表明，岩石煤系岩石的断裂扩展机制受到多种因素的影响。
首先，岩石煤系岩石的物理特性对其断裂扩展起到一定影响。
例如，岩石煤系岩石的孔隙度、韧性和强度等特性会直接影响其断裂扩展的方式和速度。
其次，外部应力的大小和作用方式也会对断裂扩展产生重要影响。
根据实验结果，我们发现在不同外部应力条件下，岩石煤系岩石的断裂扩展方式存在差异。
最后，环境因素如温度和湿度等也会对岩石煤系岩石的断裂扩展机制产生一定的影响。
综上所述，岩石煤系岩石具备较高的断裂韧性，并且其断裂扩展机制受到多种因素的影响。
了解和研究这些特性对于地质工程的设计和实施具有重要意义，可以提高地质工程的稳定性和安全性。
未来的研究工作可进一步探索岩石煤系岩石的断裂行为及扩展机制，并推进相关的理论和实践应用。
总结起来，本文基于一系列实验研究，系统分析了岩石煤系岩石的断裂韧性及其扩展机制。
单轴压缩下冲击倾向性煤样声发射特性的实验研究
单轴压缩下冲击倾向性煤样声发射特性的实验研究杨磊;毛德兵【摘要】利用岩石力学试验机和PAC声发射信号采集系统对冲击倾向性煤样进行了单轴压缩声发射测试,研究了其变形破坏过程中的声发射能率及b值的动态变化特征.试验结果表明,冲击倾向性煤样和无冲击倾向性煤样的声发射能率活跃点分别为峰值应力的90％和50％,声发射能率特征体现了冲击倾向性的本质,煤样破坏前声发射b值可以作为冲击倾向性煤样失稳破坏的前兆信息.【期刊名称】《煤矿开采》【年(卷),期】2013(018)001【总页数】3页(P14-16)【关键词】冲击倾向性;声发射能率;b值;前兆信息;冲击地压【作者】杨磊;毛德兵【作者单位】煤炭科学研究总院开采设计研究分院,北京100013;天地科技股份有限公司开采设计事业部,北京100013【正文语种】中文【中图分类】TD324近年来，随着煤矿开采深度的不断增加，冲击地压等煤岩动力灾害日趋严重。
冲击地压是煤岩体失稳破坏的宏观表现，煤岩体失稳破坏过程中伴随着弹性能、声能、电磁能等多种能量信号的释放，其中声发射是一种常用的研究煤岩破坏特性的指标［1］。
早在20世纪30年代，美国学者Obert和Duvall就应用声发射检测技术来确定岩石受压后的破裂位置［2］。
随后国内外学者对煤岩破坏过程中的声发射现象进行了大量的研究，李庶林等［3］对单轴受压岩石破坏全过程进行了声发射试验，分析了岩石破坏过程中的力学特性和声发射特征;王恩元等［4］对单轴压缩煤体破裂过程中声发射的频谱特征进行了研究，发现煤体声发射的频谱特征变化与煤体变形破裂过程密切相关;杨永杰等［5］对单轴压缩条件下煤样的声发射特征进行了研究，得出了预测煤样破裂时间的指标;左建平等［6］对煤岩组合体破坏过程的声发射行为进行了研究，并获得了声发射三维空间分布规律。
目前，将声发射与冲击倾向性相联系的研究相对较少，宁超等［7］研究了单轴压缩下冲击煤岩的声发射特性，发现了冲击煤岩屈服阶段声发射参数的平静现象;赵毅鑫等［8］对冲击倾向性煤体破坏过程中的声热效应进行了研究，发现冲击倾向性煤体的失稳破坏更突然、更难于预测。
岩土破坏过程声发射特征的实验研究
岩土破坏过程声发射特征的实验研究摘要：本文通过对重庆黄泥包滑坡处采集的岩土试样进行单轴压缩和拉伸实验，目的是测试了岩土破坏过程的声发射信号，进而得出了岩土破坏过程声发射的基本特征：在单轴压缩实验中，声发射能量信号随着压力的增加呈现连续增加的趋势，在主破裂时刻有较强声发射能量信号产生；在蠕变实验中，AE在压力上升阶段信号增强，在恒定压力下，AE信号有所减弱，整体趋势较为平缓；在拉伸实验中，岩土的破坏方式呈主震型和群震型；AE信号能够反映岩土受载过程；岩土的抗压强度与声发射能量最大值呈正相关性；加载速率越大，声发射能量最大值也越大。
关键词：岩土破坏过程；声发射；特征1、问题概述岩石在荷载作用下会产生声、光、电磁和变形等物理效应，声发射现象就是当岩石受力变形时，部分贮藏能量以弹性波(声波)的形式释放出来叫。
早在20世纪30年代末期，美国矿务局的奥伯特和杜瓦尔就发现了受压力作用的岩石结构存在声发射简称AE)活动。
滑坡是主要地质灾害类型之一，危害和影响程度仅次于地震、火山。
滑坡按土性可分为土体滑坡和岩石滑坡。
目前，对于滑坡的预测预报包括空间预测与时间预测，两者缺一不可。
滑坡的空间预测为时间预报提供对象；滑坡时间预报的选点必须首先以滑坡空间预测成果为依据，从而避免盲目设点造成错漏的弊端。
近年来，声发射技术发展迅速，已成为岩石力学研究中很重要的工具之一。
借助AE监测技术，在国内外已成功地预报了几次大岩体失稳事故，在土体滑坡的预测中，也开始尝试应用这一技术。
国内学者对岩石声发射现象有了广泛的研究，并扩展到煤岩、混凝土等材料的声发射特征的实验研究。
前人研究岩土的声发射特征主要从声发射率方面来探讨，本文通过对较软的泥岩材料进行不同方式的加载实验，从能量角度对AE规律及变化趋势进行分析，为进一步准确预测预报土体滑坡提供基础的理论依据。
2、试样及实验系统实验所需的岩土试样均在重庆黄泥包滑坡处采集。
其位于万州城区枇杷坪滑坡西侧，滑坡体后缘边界为基岩，滑坡区地形北高南低。
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第24卷第3期 1999年 6月煤 炭 学 报JOURNA L OF CHI NA C OA L S OCIETY V ol.24 N o.3 June 1999 煤岩破裂声发射实验研究及R S 统计分析3王恩元 何学秋 刘贞堂(中国矿业大学)摘要 对受载煤体破裂过程中的声发射(AE )信号进行了测定和分析.研究结果表明,受载煤岩体的变形破裂及声发射信号并不连续,而是阵发性的.声发射信号符合赫斯特(R S )统计规律.在受载煤岩体的破裂过程中,声发射信号基本呈现逐渐增强趋势,这对于预测预报煤岩灾害动力现象有重要的意义.关键词 声发射 煤体破裂 R S 统计规律 赫斯特指数中图分类号 T D 326 T D 315声发射的研究在揭示煤岩体破坏机理,预测预报煤岩灾害动力过程,如煤与瓦斯突出、顶板塌陷、围岩变形、冲击地压、滑坡、地震及岩石混凝土建筑失稳等方面有着非常广阔的应用前景.我国平顶山矿务局从俄罗斯引进了声发射监测系统,并用于煤与瓦斯突出预报的试验研究[1].与现行的静态预测方法相比,利用声发射技术预测预报煤与瓦斯突出等煤岩灾害动力现象,可以克服人为因素、煤岩体分布不均匀及受力状态不稳定的影响,实现连续动态监测预报.声发射方法虽然能够连续较有效地评估煤层边缘的突出危险性,是一种很有发展前途的预测方法,但目前其可靠程度与生产实际的需要还有很大差距.了解煤岩体破裂过程中声发射的特征规律,并从获得的声发射信息中得出能够准确反映煤岩破裂过程危险程度的本质特征,是解决上述问题的关键.本文研究的目的在于,确定煤岩体受载破裂过程中声发射信号的特征规律和变化趋势,为预测预报煤岩灾害动力现象提供一种分析手段.1 实验研究实验研究的主要目的是,确定煤岩体受载变形及破裂过程中产生声发射的特性、规律,寻求煤岩体变图1 实验系统Fig 11 Experimental system 1———载荷传感器;2———压机;3———高速数据采集系统;4———声发射信号接收传感器;5———位移计;6———煤样;7———声发射接收三分量传感器形及破裂的前兆信息.实验所需煤样取自大屯孔庄矿、徐庄矿,淮北杨庄矿,平顶山矿区十二矿和淮南矿区.煤样分为两种,一种是由井下采取的大块煤体通过加工而成的原煤样;一种是由原煤磨成细小的煤粒用特制的模具加工成的成型煤样.煤样一般加工成<50mm ×100mm 的圆柱形样品.实验系统如图1所示,主要由加载系统(包括压机2和煤样6)、声发射(AE )信号数据采集系统(包括声发射信号接收三分量传感器7和高速数据采集系统4)、载荷及位移记录系统(包括载荷传感器1、电收稿日期:1999-01-153国家教委“跨世纪优秀人才培养计划”基金、国家“九五”攻关、国家自然科学基金资助项目阻应变仪、位移计5、位移变送器和记录仪)等组成.声发射信号接收三分量传感器可同时测量一个纵波(P )和两个偏振方向的横波(S 1平行于轴向,S 2垂直于轴向).触发方式为声发射触发,实验中当声发射强度超过设定的门限值时,高速数据采集系统记录以此触发点为中心的前后共4k 数据(4096个数据点)作为一个事件(每个事件中可能包含一次或多次声发射),之后等待下一次触发.另外,为了检验声发射信号数据采集系统的可靠性,实验中还由声发射信号接收传感器4、前放S Q -1、声发射仪和记录仪同步记录下声发射的模拟信号.实验研究了不同煤样(不同产地的原煤样和型煤共20块)受载变形及破裂过程中的声发射特性.实验中不同种类的煤样受载破裂时均有声发射信号产生.图2为孔庄6号原煤的声发射实验结果.实验中共记录到81个事件,图中仅给出部分事件的记录结果(图2(a )～(d )).t (i )为每个事件的开始触发时间(也即事件的中心时间),i 为事件序号(i =1,2,…,81).图中横坐标为事件中采样数据点序号.采样速率为20MH z.尽管从载荷与时间关系曲线(图2(e ))和位移与时间关系曲线(图2(f ))上看,宏观尺度上煤体的变形破裂是连续的,但是从声发射的实验结果(图2(a )～(d ))可以看出,煤体的变形及破裂过程不是连续的,也不是均匀的,而是阵发性的.变形及破裂需要一个能量的积累过程,只有当煤体中某处的变形能积累到一定程度,才能引起破裂,而每一次的破裂均会引起弹性能的释放,产生声发射.当煤体中裂纹尖端附近的能量不足以使裂纹继续扩展时,裂纹扩展中止,煤体中继续积累能量,在该阶段声发射平静.图2 孔庄6号原煤声发射实验记录结果Fig 12 Experimental results of AE during fracture of coal (N o 16,from K ongzhuang C oal M ine )煤体破裂过程中产生的声发射信号是非常丰富的,但并不是呈现单调的增长趋势.采样速率低,则可能使某些特征信号丢失,采样速率高,必然会得到大量的数据.因此,为便于得到煤岩体破裂过程中声发射信号的特征规律而寻求一种新的分析方法,是非常必要的.2 煤岩破裂声发射的R S 统计分析赫斯特(H 1E 1Hurst )于1965年提出了R S (rescaled range analysis )时间序列分析方法[2].对于一个声发射信号时间序列{x (t ),t =1,2,…,N },定义其均值为〈X 〉k =1k ∑k t =1x (t ) (k =1,2,…,N ),(1)累积离差为X (n ,k )=∑n i =1[x (i )-〈X 〉k ] (1≤n ≤k ),(2)172第3期 王恩元等:煤岩破裂声发射实验研究及R S 统计分析极差为R (k )=max 1≤n ≤k X (n ,k )-min 1≤n ≤k X (n ,k ),(3)标准差为S (k )=1k ∑k t =1[x (t )-〈x〉k ]2.(4) 赫斯特在分析R (k )S (k )的统计规律时,发现存在以下的关系,即R (k )S (k )∝k H ,(5)这里,H 称为赫斯特指数.R S 统计规律的物理意义是:若{x (t ),t =1,2,…,N }是相互独立、方差有限的随机序列,则有H =12.H >12意味着持久性,即所研究的时间序列不是相互独立的,而是有相关性.用平均的观点看,过去呈现一个增长趋势.H <12意味着过去的增量与未来的增量呈负相关,过程具有反持久性,即前期呈一个增长趋势,后期呈现一个减少趋势;反之亦然.因此,R S 分析在时间序列中有很强的预报作用.对式(5)进行变换可得:H =dlg [R (k )S (k )]dlg k ,(6)即赫斯特指数H 是lg[R (k )S (k )]与lg k 关系曲线的正切.将实验得到的声发射信号用式(6)进行回归分析得出H .图3为孔庄6号原煤样破裂过程中声发射纵波(P ,见图3(a ))和横波(S 1,见图3(b );S 2,见图3(c ))信号在从加载开始到最大载荷的阶段内脉冲数(每个事件统计一个脉冲数)时间序列的统计分析结果,图中r 表示相关系数.图3 孔庄6号原煤声发射信号的R S 统计规律Fig 13 The R S statistical rule of AE of raw coal sam ple (N o 16,from K ongzhuang C oal M ine )图4为淮南2号型煤破裂过程中声发射纵波(P ,见图4(a ))和横波(S 1,见图4(b );S 2,见图4(c ))信号在从加载开始到最大载荷的阶段内脉冲数(每个事件统计一个脉冲数)时间序列的统计分析结果.图4 淮南2号型煤声发射信号的R S 统计规律Fig 14 The R S statistical rule of AE of m oulded coal (N o 12,from Huainan C oal M ine )从图3和图4可以看出,声发射信号不同特征波的赫斯特指数H 不同.声发射横波S 2的赫斯特指数最大,纵波P 的赫斯特指数次之,横波S 1的赫斯特指数最小,表明在垂直于轴向应力方向上偏振的声发射横波S 2的增长趋势较明显,在平行于轴向应力方向上偏振的声发射横波S 1的增长趋势较缓.这可能是受轴向载荷及裂纹主要扩展方向影响的结果,因为在单轴压缩的情况下,裂纹主要沿轴向扩展.尽管各种特征波的赫斯特指数不同,但是赫斯特指数H 在015～110之间,而相关系数r 均在0194以上.因此,煤272煤 炭 学 报 1999年第24卷体破裂产生的声发射信息符合赫斯特统计规律.这也表明,在煤体的受载破裂过程中,声发射信号与载荷(或变形)之间呈现正相关关系,随着载荷(或变形)的不断增加,基本呈现一个不断增强的趋势.煤岩体受载破裂过程中声发射信号的R S 统计规律为煤岩灾害动力现象的预测预报提供了新的方法和手段.从研究结果来看,单轴应力状态下选择沿垂直于轴向应力方向偏振的横波S 2作为R S 统计分析更适宜,而纵波具有传播速度快、并可方便地使用单分量传感器接收[3]的优点.在现场条件下,工作面煤体处于复杂的三轴应力状态,声发射信号的哪一种特征波更适宜于作R S 统计分析及预测预报,还需进行进一步的试验研究.3 结 论(1)受载煤岩体破裂时的声发射信号非常丰富.在煤岩体的受载变形破裂过程中声发射是阵发性的,表明煤岩体的变形破裂过程不是连续的,而是阵发性的、不均匀的.在对煤与瓦斯突出等煤岩灾害动力现象进行预测预报时,需经较长时间的监测,获得其变化趋势后才能作出准确判断.(2)受载煤岩体破裂时的声发射信号符合R S 统计规律,其赫斯特指数H >015.煤岩体受载破裂时其声发射信号与载荷或破裂强度之间呈正相关关系,随着载荷的增加或变形破裂过程的加剧,声发射信号基本呈现增长趋势.煤岩体受载破裂过程中声发射信号的R S 统计规律为煤岩灾害动力现象的预测预报提供了新的方法和手段.(3)本文的研究仅是基础性的,将R S 统计方法应用于现场的预测预报还有很多工作要做,确定声发射的采样周期、选择特征波及对赫斯特指数H 进行细化分区是必要的.参考文献1 胡 菊,魏风清.俄罗斯-6型地震声学监测系统在八矿的试验应用.煤炭工程师,1994(6):41～462 金友渔,孟宪国.地质时间序列定量分析.北京:中国地质出版社,1992.120～1403 胡建恺,张谦琳.超声检测原理和方法.合肥:中国科学技术大学出版社,1993.14～15作者简介王恩元,男,1997年毕业于中国矿业大学安全技术及工程专业,获博士学位.现为中国矿业大学电工站博士后,主要从事矿山含瓦斯煤岩灾害动力过程及其预测技术、煤岩电磁辐射及其技术应用研究.发表论文20余篇.江苏省徐州市中国矿业大学信电学院,邮政编码:221008.何学秋,男,博士,教授,博士生导师.发表专著2部,在国内外会议及核心刊物上发表论文40余篇.江苏省徐州市中国矿业大学,邮政编码:221008.EXPERIMENTAL RESEARCH AN D R/S STATISTIC ANALYSISOF AE D URING THE FRACTURE OF COAL OR ROCKWang Enyuan He Xueqiu Liu Zhentang(China Univer sity o f Mining and Technology )Abstract The acoustic emission (AE )during coal or rock fracture is measured and analyzed.The results show that AE follows R S statistic rule ,and it basically exhibits gradually enhance tendency during the process.This rule is very im portant to the prediction of coal or rock catastrophic dynamic phenomena.K eyw ords acoustic emission (AE ),coal fracture ,R/S statistical rule ,Hurst index 372第3期 王恩元等:煤岩破裂声发射实验研究及R S 统计分析。