水分侵蚀下煤岩自振频率的变异性及其共振调控策略

本研究论文探讨了水分侵蚀条件下煤岩自振频率的变化规律，通过自主搭建的煤体自振频率测试系统，采用敲击法测量原煤试件在干燥前后加速度响应的特性。实验结果显示，随着含水量的增加，煤岩的物理性质发生变化：刚度降低、质量增加，同时阻尼比也随之增大，导致自振频率呈现出明显的下降趋势，从40.1 Hz降至37.7 Hz。研究发现，干燥前的原煤试件主振频域范围为29.9~45.4 Hz，而干燥后扩大至31.6~49 Hz。值得注意的是，无论是干燥前还是干燥后的主振频域，其上、下限值与自振频率的绝对偏差比例均满足产生共振效应的条件，这意味着水分对现场煤岩体自振频率的影响不可忽视。 共振现象在煤岩动力灾害中起着关键作用，当振动频率与煤体自振频率接近时，会引发显著的损伤。采掘扰动产生的地震波能量集中在特定频段，如果这个频段与煤体自振频率重叠，就可能导致共振损伤，从而加剧灾害风险。通过调整激振频率和加速度，可以削弱共振效应，进而防止突出的发生。因此，选择合适的开采技术和参数设置，控制振动扰动波的频率分布，对于防止共振效应放大煤体损伤至关重要。 岩石的自振频率受其质量、刚度和阻尼等因素影响，其变化反映了内部结构参数的改变。利用自振频率变化来评估边坡稳定性是地质工程中的常用方法。在实际应用中，准确测定煤体自振频率对于制定有效的共振调控策略以及确保防突措施的有效性具有决定性作用。 这项研究通过实证分析揭示了水分对煤岩自振频率的具体影响，这对于理解和预测煤岩动力灾害的发生机制，以及实施有效的预防措施具有重要意义。在未来的研究中，深入探讨如何通过优化操作和设计来适应水分条件下的自振频率变化，将有助于提升煤炭开采的安全性。