李高陽

摘要：對水浸泡（0 h、72 h、144 h）后的煤巖試件進行單軸壓縮聲發(fā)射（AE）特性試驗，研究煤巖試件壓縮試驗過程與聲發(fā)射指標之間的對應關系，分析浸水時間對聲發(fā)射參數(shù)幅度的影響。試驗結果發(fā)現(xiàn)：在單軸壓縮過程中，隨著載荷的增大，AE最大幅度逐漸增加;在相同的載荷作用下，隨著浸泡時間的增加，AE最大幅度呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。

關鍵詞：煤巖;聲發(fā)射;幅度

中圖分類號：O424? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）41-0128-02

一、聲發(fā)射檢測原理及方法

聲發(fā)射（AE）現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于物體受到各種外界條件作用時，它的內(nèi)部會出現(xiàn)彈性波能量波動。當外界的作用值逐漸增大至一個臨界值時，物體內(nèi)部會發(fā)生能量釋放的現(xiàn)象，稱此過程為聲發(fā)射活動。同樣，當對煤巖進行壓縮時，隨著載荷的不斷增加，其內(nèi)部結構發(fā)生破壞，也會隨之產(chǎn)生聲發(fā)射現(xiàn)象，并且，受外力作用而出現(xiàn)的聲發(fā)射信號里包含著可以預示煤巖試件在出現(xiàn)斷裂的每個階段的信號。在外載荷對煤巖產(chǎn)生力作用的過程中，煤巖內(nèi)部的原生裂縫延長、擴展，并且隨著載載荷的不斷增加，產(chǎn)生的新的裂隙延長、擴展，最后發(fā)生斷裂破壞。這些過程都伴隨著聲發(fā)射活動，這種活動也是煤巖內(nèi)部結構發(fā)生變化伴隨的能量信號的傳遞過程，AE信號的大小、變化趨勢與煤巖受力發(fā)生破壞和其內(nèi)部結構發(fā)生破壞的變化階段相對應。因此，我們利用煤巖試件單軸壓縮過程中產(chǎn)生的AE信號對煤巖的壓縮斷裂過程進行實時監(jiān)測，這對于礦區(qū)中煤巖體受力變形和整體結構的穩(wěn)定性評價有很重要的價值。

聲發(fā)射檢測方法為：將源信號發(fā)出的彈性波能量傳輸?shù)奖粶y試試件的表面上，試件表面接觸著的傳感器會及時接收能量波，并且立即把此信號轉換為電信號，之后通過放大器將信號放大，最后由電腦分析計算、記錄此信號，并將此信號輸出顯示為圖像和數(shù)字信息。因此，我們能對電腦顯示的聲發(fā)射信息進行研究、計算、分析。AE幅度是聲發(fā)射特性的一個主要參數(shù)，從試件表面接收到的AE信號會產(chǎn)生波形，其波形的最大振幅值稱為AE幅度，AE最大幅度代表試件內(nèi)部結構斷裂時產(chǎn)生能量波信號的最大值。

二、試驗方法

本文對浸水時間不同的煤巖試件進行單軸壓縮聲發(fā)射試驗，單軸壓縮加載設備使用DNS200型電子萬能試驗機，AE測試儀器采用SAEU2S聲發(fā)射系統(tǒng)。試驗過程中使DNS200型電子萬能試驗機和聲發(fā)射系統(tǒng)同時運行，設置為力控制的加載方式，將加載速率定為0.5kN/s。在聲發(fā)射系統(tǒng)中將采集信號的時間間隔設置為200ms，放大器設置為40dB，門檻值設置為35dB。在試件表面的中心部位和傳感器探頭處均涂上耦合劑，這樣可以使信號的接收更加流暢。

三、煤巖聲發(fā)射試驗參數(shù)分析

本次試驗對3個浸水時間不同的煤巖試件進行了單軸壓縮試驗，對聲發(fā)射參數(shù)幅度特性進行了對比分析。

將試件產(chǎn)生的AE最大幅度繪制為AE幅度條形圖，如圖1、圖2、圖3所示。比較圖1、圖2、圖3發(fā)現(xiàn)：當試件浸水0 h時，隨著應力水平的增大，AE最大幅度值分別為58 dB、65 dB、70 dB;當浸水72 h時，隨著應力水平的增大，AE最大幅度值分別為50 dB、59 dB、63 dB;當試件浸潤144 h時，隨著應力水平的增加，AE最大幅度值分別為42 dB、50 dB、55 dB。將所有的AE最大幅度值進行比較發(fā)現(xiàn)，隨著應力的不斷增加，試件產(chǎn)生的AE最大幅度值呈現(xiàn)逐漸變大的趨勢。并且，通過比較同一應力條件下的試件可以看出，當煤巖試件浸水時間延長時，AE最大幅度值出現(xiàn)逐漸減小的趨勢。由此可見，水的作用弱化了煤巖試件的強度等級，使其內(nèi)部的能量信號減弱，繼而使幅度降低。

四、結論

利用SAEU2SAE系統(tǒng)對煤巖單軸壓縮試驗過程進行測試，分析AE幅度參數(shù)，得出以下結論：

第一，在相同的浸水時間條件下，隨著應力增加，AE幅度的最大值呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢。

第二，在同樣應力水平條件下，隨著試件的浸水時間延長，其AE幅度的最大值呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢。

第三，水可以弱化煤巖的物理力學性質，降低其強度等級，使其內(nèi)部的能量信號減弱，繼而使AE最大幅度降低。

參考文獻：

[1]陳顒.聲發(fā)射技術在巖石力學中的應用[J].地球物理學報，1997，20（04）：312-322.

[2]蔣宇，葛修潤，任建喜.巖石疲勞破壞過程中的變形規(guī)律及聲發(fā)射特性[J].巖石力學與工程學報，2004，23（11）：1810-1814.

[3]張茹，謝和平，劉建鋒，鄧建輝，彭琦.單軸多級加載巖石破壞聲發(fā)射特性試驗研究[J].巖石力學與工程學報，2006，25（12）：2584-2588.

[4]李庶林，唐海燕.不同加載條件下巖石材料破裂過程的聲發(fā)射特性研究[J].巖土工程學報，2010，32（01）：147-152.

[5]尹賢剛，李庶林，唐海燕.巖石破壞聲發(fā)射強度分形特征研究[J].巖石力學與工程學報，2005，24（19）：114-118.

[6]李元輝，劉建坡，趙興東，楊宇江.巖石破裂過程中的聲發(fā)射b值及分形特征研究[J].巖土力學，2009，30（09）：2559-2563+2574.

[7]張暉輝，顏玉定，余懷忠，尹祥礎.循環(huán)載荷下大試件巖石破壞聲發(fā)射實驗——巖石破壞前兆的研究[J].巖石力學與工程學報，2004，23（21）：3621-3628.

[8]苗勝軍，樊少武，蔡美峰，蔡美峰，陳長臻.基于加卸載響應比的載荷巖石動力學特征試驗研究[J].煤炭學報，2009，34（03）：329-333.

[9]李俊平，周創(chuàng)兵.巖體的聲發(fā)射特征試驗研究[J].巖土力學，2004，25（03）：374-378.

[10]鄒銀輝，文光才，胡千庭，許進鵬.巖體聲發(fā)射傳播衰減理論分析與試驗研究[J].煤炭學報，2004，29（06）：663-667.

[11]李夕兵，劉志祥.巖體聲發(fā)射混沌與智能辨識研究[J].巖石力學與工程學報，2005，24（08）：1296-1300.

[12]尹賢剛，李庶林，唐海燕，裴建良.巖石破壞聲發(fā)射平靜期及其分形特征研究[J].巖石力學與工程學報，2009，28（S2）：3383-3390.

[13]王寧，韓志型，王月明，趙明波.評價巖體穩(wěn)定性的聲發(fā)射相對強弱指標[J].巖石工程學報，2005，27（02）：190-192.

[14]蔡美峰，來興平.巖石基復合材料支護釆空區(qū)動力失穩(wěn)聲發(fā)射特征統(tǒng)計分析[J].巖土工程學報，2003，25（01）：51-54.