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煤体分裂声发射的频谱特点研讨

宣布日期:2017-05-05 17:13    阅读次数:次

摘 要:对受载煤体声发射的频谱特点及变更纪律停止了测试及研讨阐发,功效标明,煤体受载分裂时,其声发射旌旗灯号的频谱不是一层不变的,而是随载荷及变形分裂进程而产生变更,根基上是跟着载荷的增大及变形分裂进程的加强,声发射旌旗灯号加强,主频带增高.煤体声发射的频谱特点变更与煤体变形分裂进程紧密亲密相干.
关头词:煤体;声发射;频谱
煤岩体在外力或内力的感化下产生变形或分裂,以应力波的情势开释应变能,这便是声发射.受载煤岩体分裂时能够或许或许产生声发射旌旗灯号已被大批的尝试及现实研讨功效所证明.在理论操纵方面也取得了良多无益功效,如操纵声发射手艺停止岩爆展望和凸起展望等[1,2].声发射的研讨有着很是广漠的操纵远景:揭露煤岩体粉碎机理,展望、预告煤岩灾难能源进程,如煤与瓦斯凸起、顶板陷落、围岩变形、打击地压、滑坡、地动及岩石混凝土修建失稳等.前苏联用记实声噪脉冲数的体例预告煤与瓦斯凸起,并在顿巴斯煤田停止了推行操纵;平顶山煤业团体也从俄罗斯引进了声发射监测体系,并用于煤与瓦斯凸起预告尝试研讨[2].操纵声发射手艺展望、预告煤与瓦斯凸起等煤岩灾难能源景象,与现行的静态展望体例比拟,可降服野生、煤岩体散布不平均及受力状况不不变的影响,能够或许实现持续静态监测预告.声发射体例固然能够或许或许持续较有用地评价煤层边缘的凸起风险性,是一种很有成长前程的展望体例,但今朝其凸起展望的靠得住水平与出产现实的须要另有很大差异.领会煤岩体分裂进程中声发射的特点纪律并从取得的声发射信息中阐发得出能够或许或许精确反应煤岩分裂进程风险水平的实质特点是处置上述题目标关头.
本文研讨的目标在于肯定煤岩体受载分裂进程中声发射旌旗灯号的频谱特点纪律和变更趋向,为展望、预告煤岩灾难能源景象时肯定监测参数供给根据.
1 尝试研讨
1·1 尝试体系
尝试研讨的首要目标是肯定煤体受载变形及分裂进程中产生声发射的频谱特点和纪律,追求煤岩体变形及分裂的预兆信息.尝试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:一种是元煤样,是由井下采用的大块煤体经由进程加工而成的;一种是成型煤样,是由元煤磨成藐小的煤粒用特制的模具加工成的.煤样普通加工成 50mm×100 mm的圆柱形样品.尝试体系如图1所示,首要由加载体系(包罗压机2和煤样6)、声发射(AE)旌旗灯号数据收罗体系(包罗声发射旌旗灯号领受三份量传感器7和高速数据收罗体系4)、载荷及位移记实体系(包罗载荷传感器1、电阻应变仪、位移计5、位移变送器和记实仪)等构成.声发射旌旗灯号领受三份量传感器可同时丈量一个纵波(P)和两个偏振标的目的的横波(S1平行于轴向, S2垂直于轴向),领受到的摹拟旌旗灯号经高速数据收罗体系后可获得数字旌旗灯号,便于进一步阐发.触发体例为声发射触发,尝试进程中当声发射强度跨越设定的门限值时,高速数据收罗体系记实以此触发点为中间的前后共4 k数据(4 096个数据点)为一个事务(每一个事务中能够包罗一次或屡次声发射),以前期待下一次触发.别的,为了查验声发射旌旗灯号数据收罗体系的
靠得住性,尝试中还同步记实了声发射的摹拟旌旗灯号,由声发射旌旗灯号领受传感器4、前放SQ-1、声发射仪和记实仪来实现.尝试研讨了差别煤样(差别产地的元煤样和型煤共20块)受载变形及分裂进程中的声发射特点.

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1·2 尝试功效阐发
尝试中差别品种的煤样受载分裂时均有声发射旌旗灯号产生.煤体分裂进程中产生的声发射旌旗灯号不是持续的,而是阵发性的脉冲旌旗灯号.煤体的变形及分裂进程不是持续的,也不是平均的,而是阵发性的,变形及分裂须要一个能量的堆集进程,只要当煤体中某处的变形能堆集到必然水平才能引发分裂,而每一次的分裂均会引发弹机能的开释,产生声发射.当煤体中裂纹尖端四周的能量缺乏以使裂纹持续扩大时,裂纹扩大中断,煤体中持续堆集能量,在该阶段声发射安静[3].对受载煤岩体变形分裂进程声发射及时收罗数据停止疾速傅立叶变更(FFT),可获得声发射的频谱.本文FFT处置基于夹杂根算法,是以可利用大批的数据点,最多点数为4 096,恰好知足需要.[mem]

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图2为淮南2号型煤声发射旌旗灯号频谱阐发功效,试样尺寸 50 mm×104 mm,加载速度0·9 t/min.尝试中共记实到27个事务,图2只给出部分事务的阐发功效,图中σ/σc为每一个事务起头触发时辰的应力水平(那时应力σ与粉碎时应力σc的比值).应力与时候干系曲线如图3所示.从图3能够或许看出,煤体声发射的频带是很宽的.在全部加载进程中,声发射的主频次不时产生变更,在受载早期,声发射的主频带较低,偶然显现先增高尔后下降的趋向,在受载前期,声发射的主频带较高.在全体上声发射主频带随载荷增大显现“M”型变更.
煤体声发射主频旌旗灯号强度(振幅)也产生响应变更(图4):在受载早期,声发射的强度(振幅)较低,显现先增高尔后下降的趋向;在受载前期,声发射的强度较高,且呈加强趋向,在粉碎时达最大,粉碎后呈削弱趋向.在全体上声发射强度随载荷增大也显现“M”型变更.煤体声发射的频谱变更与受载及变形分裂进程紧密亲密相干,详细阐发见第2节.
2 受载煤体变形分裂进程与声发射相干性阐发
尝试室前提下受载煤体的变形及分裂进程能够表现为:煤体骨架的压实,孔隙缩短,颗粒打仗面积的增大,或是构成裂隙组,个体地区之间黏附性下降等,可分为以下几个阶段:
(1)压实阶段 煤体中含有大批的孔隙和裂隙,在外载荷感化下,这些孔隙、裂隙产生闭合.煤体的强度比拟低,裂隙闭合时,裂隙壁面四周的部分煤体味产生变形和微分裂,这足以引发声发射的产生.同时,该阶段也包罗弹性变形,当卸载后会产生必然的弹性答复.在该阶段声发射强度、主频带及事务数先增添尔后呈削减趋向.
(2)表观线弹性变形阶段 从微观上看,该阶段是线弹性的,应力-应变曲线是线性持续的,但从微观上看,煤体的变形及分裂是不持续的,是阵发性的.煤体变形及分裂进程中产生的声发射是阵发性的,而不是持续的[4].只要当煤体中的变形能堆集到必然水平,才能引发分裂,而每一次的分裂均会引发弹机能的开释,产生声发射.当煤体中裂纹尖端四周的能量缺乏以使微裂纹持续扩大时,裂纹扩大中断,煤体中持续堆集能量,在该阶段声发射安静.在该阶段,煤体变形及微分裂强度呈加强趋向,声发射强度呈加强趋向,主频带有增高趋向.该阶段包罗大部分的可逆变形和小部分的不可逆变形,卸载后大部分的变形会答复,但仍有一小部分剩余变形,即存在塑性变形,这是由于颗粒外部和颗粒之间的滑移或断裂构成的,位错在颗粒外部的滑移中起极大感化.塑性变形是在物体的持续性未被粉碎时产生的,但是,在煤体中呈现的塑性变形常常与抱负塑性变形的观点不一样,由于严酷地讲,在煤体中产生的很多剩余形变景象(如挤压、压碎、块体的彼此滑移等)已属于粉碎范围,可称之为准塑性变形.以是,该阶段严酷来讲不是线弹性变形阶段,是以称为表观线弹性变形阶段.[/mem]
(3)加快非弹性变形阶段 颠末表观线弹性变形阶段后,煤体中已构成了必然密度(或数量)的微裂纹,使煤体的承载才能下降,该阶段中煤体堆集了充足的能量,变形起头加快,载荷回升迟缓,煤体中产生大批的微裂纹并会合、贯穿.在该阶段中,出格是该阶段的前期,即便坚持恒载,煤体也会产生变形,即产生流变.该阶段中声发射事务数、强度及主频带急剧增添.煤体的塑性越强,该阶段越较着,对完整脆性的煤体,乃至不呈现该阶段.
(4)分裂及其成长阶段 该阶段中大的裂隙相互会合、贯穿,煤体失稳.分裂时辰声发射强度最大,主频段频次最高.持续加载时,煤体处于剩余分裂或碎块体压密进程,声发射较弱,主频次也较低.煤矿井下煤岩体已处于受载的第2或第3阶段.处于第2阶段,即处于表观线弹性阶段的煤体,若是其载荷不会增添,就不会有粉碎的风险性;进入第3阶段的煤岩体,就已进入风险状况.以是声发射事务数或强度或主频次急剧增添或增高时,标明煤岩体已进入风险状况,此时应当采用办法,使煤岩体卸压.
3 结  论
煤体受载分裂时,其声发射旌旗灯号的频谱不是一层不变的,而是随载荷及变形分裂进程而产生变更,根基上是跟着载荷的增大及变形分裂进程的加强,声发射旌旗灯号加强,主频带增高.这对将声发射手艺操纵于展望预告煤岩能源灾难、评价岩石混凝土布局不变性及研讨岩石混凝土等资料的分裂进程有很是严重的意思.

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