煤岩单轴压缩破坏特征研究：声发射差异分析

摘要:本研究主要探讨了单轴压缩环境下煤岩的声发射特性和破坏模式之间的差异，通过对神东布尔台煤矿12上煤及基本顶的单轴压缩试验，使用DS-2声发射检测设备来捕捉和分析煤岩在破坏时的声发射信号参数。研究结果表明，中粒砂岩和煤在单轴压缩下的破坏方式有显著区别：中粒砂岩的破坏过程相对平滑，而煤的破坏过程则更为剧烈。此外，两者的撞击次数峰值通常出现在应力曲线峰值之前，中粒砂岩的声发射事件数量远低于煤体，这证实了煤在破坏过程中的剧烈程度超过中粒砂岩。这些发现不仅有助于理解煤岩的力学行为，也为矿井下煤岩动力灾害的预警提供了理论依据。 本文的研究重点是声发射技术在煤岩力学特性分析中的应用。声发射是一种无损检测方法，能够在不破坏材料的情况下，通过监测材料内部因应力释放产生的弹性波，来评估其内部状态和预测其可能的破坏模式。在单轴压缩试验中，声发射信号的变化反映了煤岩内部微裂纹的生成、扩展和相互连接的过程。 在实验过程中，研究人员发现煤岩的声发射撞击曲线和能量曲线可以揭示其破坏特征。撞击次数反映了煤岩内部裂纹活动的频繁程度，而能量曲线则体现了裂纹活动的强度。两者在应力达到峰值前出现峰值，意味着在材料达到临界状态前，其内部已积累了大量的能量。 中粒砂岩和煤的对比分析揭示了它们不同的破坏机理。中粒砂岩的破坏通常更渐进，表现为裂纹的缓慢扩展，而煤体由于其孔隙结构和有机质成分，其破坏往往更为突然，伴随着大量声发射事件的发生。这种差异对于理解煤岩动力灾害，如冲击地压，具有重要意义，因为冲击地压通常与煤岩内部能量的快速释放相关。 通过这项研究，我们可以认识到，对煤岩声发射特性的深入理解和监测，能够提供关键信息以预测和预防井下动力灾害。未来的工作可以进一步探索不同煤岩类型的声发射特性，以及如何将这些信息整合到实际的矿井安全管理系统中，以提高矿山的安全性和生产效率。 关键词:单轴压缩，声发射，破坏形式，撞击次数，能量曲线 中图分类号:TU45 文献标识码:A 文章编号:1671-0959(2021)04-0136-05 本研究为国家自然科学基金项目(51974123,51574326)和“煤炭开采水资源保护与利用”国家重点实验室开放基金(SHJT-17-42.4)支持。作者杨增福，高级工程师，主要研究方向为煤矿科技创新与项目管理。