煤样剪切下的微震响应：小波包能谱特征与断裂频率分析

本文研究了煤样在剪切试验中的微震响应特征，通过对日本岛津公司生产的AG-I250KN型精密电子万能材料试验机进行实验，该设备装备了ESG微震监测系统。研究对象是选取的煤体试样，在剪切模式下，通过应力应变测试，观察并分析了煤样的强度变化和变形破坏过程。 首先，试验过程中，研究人员将煤样剪切过程分为四个阶段：初始压密和弹性阶段，此时煤样受到压缩但未发生显著破坏，因此没有微震信号记录，频带归一化能量为零，事件数也为零，表明这一阶段的振动活动非常微弱。 进入应力屈服阶段，随着压力增大，煤样的内部结构开始发生变化，微震信号明显增多，频带归一化能量显著增加，事件数也随之上升，这是因为煤炭内部的裂纹扩展和断裂引发了一系列微小的地震活动。 最后，在破坏阶段，煤样经历了剧烈的破裂，微震信号更加丰富，频带归一化能量达到了峰值，随后逐渐降低，这是由于大量能量释放导致的。然而，由于破坏加剧，事件数却有所减少，反映了这个阶段的不稳定性和复杂性。 通过对微震信号的频谱分析，研究发现煤样破裂时的微震信号频率响应主要集中在625至1000赫兹范围。这一发现对于理解煤岩剪切和破裂过程中的动态行为具有重要意义，有助于提升矿井灾害预警系统的准确性和可靠性，从而保障煤矿开采的安全。 本文的研究成果不仅提供了煤样剪切条件下微震响应的新见解，也为微震监测技术在煤矿安全领域的应用提供了实证数据支持，对于优化煤炭开采工艺和预防安全事故具有实际价值。