煤岩破裂过程声发射时-频信号特征与演化机制

作     者：丁鑫 肖晓春 吕祥锋 赵同彬 尹延春 宋义敏 杨小彬 潘一山 DING Xin;XIAO Xiaochun;L Xiangfeng;ZHAO Tongbin;YIN Yanchun;SONG Yimin;YANG Xiaobin;PAN Yishan

作者机构：辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 山东科技大学矿业与安全工程学院山东青岛266590 北方工业大学土木工程学院北京100144 中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083 辽宁大学环境学院辽宁沈阳110136 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2019年第44卷第10期

页      面：2999-3011页

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0808[工学-电气工程] 0819[工学-矿业工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 0820[工学-石油与天然气工程] 0817[工学-化学工程与技术] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0815[工学-水利工程] 0827[工学-核科学与技术] 0703[理学-化学] 0802[工学-机械工程] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家重点研发计划资助项目(2017YFC0804208) 国家自然科学基金资助项目(51774164,51774048) 

主　　题：声发射 煤岩破坏 小波时-频变换 裂纹扩展 应力波 

摘      要：掌握声发射信号时-频域特征及其与煤岩力学性质间的本质联系是利用该方法预测、预警煤岩失稳的基础。以具有不同夹矸和原始裂隙煤岩压缩破坏声发射监测试验为基础,引入小波变换方法,结合数字信号分析、岩石力学等相关理论深入分析煤岩破坏过程声发射时-频信号演化规律,构建了裂纹扩展释放弹性能引起应力波的振幅、频率力学表达。结果表明:受所含弱夹矸或裂隙增加影响煤岩强度、弹性模量降低,峰后软化特征明显,声发射存在由低幅振荡向高幅脉冲转化的信号激增点,强度越高,能量信号幅值显著提高、累积总能量越多,波形幅值增加,信号波形两相邻波峰间隔时间增长,夹杂的小幅振荡波越少;db5和sym2小波基函数分别与激增点、峰值点时域波形相似度最高,更适用于煤岩声发射信号研究;试验所用煤岩声发射信号主频带为0~70 kHz,煤岩强度越低信号频率分布越宽泛,随所受应力升高信号频带分布范围逐渐向主频移动。弹性模量和裂纹扩展速率共同确定了应力波振幅的变化范围,裂纹尺寸决定了振幅和频率的变化趋势,裂纹扩展速率是决定应力波频率的关键参量,进而3个参量共同影响声发射信号时-频特征。试验结果建立了裂纹表征参量与声发射信号频率、幅值的定性描述,为提高声发射信号监测准确性提供了理论基础,开展该理论的定量化应用是后续研究工作的重点。