原煤破坏声发射特性：劈裂与单轴压缩对比研究

"该研究通过对比分析了原煤在劈裂和单轴压缩两种不同条件下的声发射特性，探讨了煤体损伤破坏过程中的声发射信号变化规律。实验结果显示，单轴压缩时，声发射活动在加载初期并不活跃，随着煤体的弹性变形和塑性变形加剧，声发射信号显著增加；而在破坏阶段，声发射能量和脉冲数达到峰值。相比之下，劈裂试验中，声发射信号的产生始于裂纹加速非线性弹性变形阶段，且相较于单轴压缩，其信号出现时间较晚，能量较低，但脉冲数更大，未发现类似‘裂隙压密’阶段的声发射脉冲数升高现象。" 在煤炭开采和安全管理中，了解煤体的破坏机制和声发射特性至关重要，因为这有助于预测和预防矿井事故，如煤体破裂、瓦斯突出等。原煤的声发射特性研究是通过对煤体在受力状态下的声学响应进行监测，从而揭示煤体内部微裂纹形成、扩展和最终破坏的过程。在单轴压缩实验中，煤体首先经历弹性阶段，此时应力应变关系符合胡克定律，声发射活动较少。随着应力增大，煤体进入塑性阶段，局部应力集中导致微裂纹的产生和发展，声发射活动显著增加。当应力超过煤体的强度极限时，发生破坏，声发射能量和脉冲数剧增。 劈裂试验则模拟了煤层被切割或分裂的情况，声发射信号的出现相对滞后，这可能是因为在劈裂过程中，裂纹的形成和扩展更依赖于外部作用力的方向和分布。此外，较低的声发射能量可能反映了劈裂过程中能量消耗的差异，而较大的脉冲数可能意味着更多的微裂纹相互作用。没有观察到“裂隙压密”阶段的声发射脉冲数升高，可能是因为劈裂条件下，裂纹主要沿预定路径扩展，而非在煤体内随机分布。 这些发现对于提高矿井安全监测系统的效率和准确性具有实际意义，通过实时监测声发射信号，可以提前预警潜在的结构不稳定性和煤体破坏，从而采取必要的安全措施。同时，这些研究结果也为理解煤岩力学行为，改进矿井安全设计，以及优化开采工艺提供了理论支持。 关键词: 原煤; 声发射特性; 劈裂试验; 单轴压缩; 损伤破坏 中图分类号: TD315 文献标志码: A 文章编号: 1003－496X(2013)10－0045－03