煤岩破坏研究：加载速率对声发射和红外辐射的影响

"不同加载速率下煤岩声发射与红外辐射特征研究" 本文主要探讨了在不同加载速率下，煤岩在受载破坏过程中声发射和红外辐射的特征及其作为破坏前兆信息的表现。通过进行煤岩单轴压缩实验，研究人员发现四个关键的变形破坏阶段，即初始压密阶段（OA）、线弹性阶段（AB）、塑性阶段（BC）和破坏阶段，每个阶段都表现出独特的声发射和红外辐射特性。 在初始压密阶段，红外辐射温度通常会下降，但线弹性阶段中这一下降趋势比之前阶段稍微减缓。进入塑性阶段后，煤岩试样的温度开始持续上升，直至达到一个最低点，这个最低点出现在线弹性阶段。加载速率的增加对声发射活动有显著影响，表现为平均AE计数和平均AE能量的增加，尤其是在峰值点附近，声发射活动变得更加剧烈，释放的能量最大值也随加载速率增大而增加。 红外辐射温度的变化则呈现出典型的“降转升”模式，即温度在某个点由下降转为上升，这个转变点随着加载速率的增加而提前。当煤岩即将破坏时，温度会出现突然变化，最高红外辐射温度的最大值随加载速率增大而增大。红外辐射温度与声发射计数之间存在高度正相关，相关系数在0.79到0.99之间，显示出良好的相关性。 通过对不同加载速率下声发射数据的分析，发现样本损伤临界前兆点的波动率在71.3%到95.6%之间，而红外临界前兆点的标准差在0.75到0.92之间。这些结果表明，无论是声发射还是红外辐射，都可以作为煤岩破坏的潜在前兆指标，并且它们的敏感度在不同加载速率下基本保持一致，这对于预测煤岩破坏和提高矿井安全具有重要意义。 这项研究受到国家自然科学基金的支持，其目的是深入理解含瓦斯煤动力破坏过程中的电位信号时空演化规律。通过结合声发射和红外辐射技术，可以更有效地监测煤岩的稳定性，从而为矿山安全提供预警依据。同时，这也为未来的煤岩力学、损伤力学以及非线性动力学的研究提供了新的思路和方法。