在含瓦斯煤受载破裂过程中,通过引入研究气候突变和地震前兆的临界慢化原理,采用表征临界慢化现象的指标方差和自相关系数,对声发射技术随时间的响应序列进行风险,可以明显缩短与煤样真实破裂点的时间差,且前兆信号出现时刻对应载荷也更接近试样最大承受载荷,更能反映试样进入危险破坏阶段。这是王恩元课题组(论文第一作者为孔祥国)发表于《中国矿业大学学报》2017年第1期上的成果。
煤岩体是一种包含各种微裂隙和孔隙的非均质体,加载时,这些缺陷部位产生应力集中,发生突变性破裂,积聚在煤岩体中的能量将以弹性波的形式想外传播,以脉冲形式释放应变能的过程伴随着“声发射”现象,通过对声发射信号的捕捉和分析对研究煤岩破裂的发生机理、前兆信号及报警具有重要意义。
前人在对煤岩破坏前,声发射等突变现象作为前兆信号时,并没有判断这一前兆信号是否为有效前兆,因为一些所谓的前兆信号出现比较早,这些信号的出现并不一定伴随着破坏的发生,即此时并不表征系统进入了危险阶段。
为了提高声发射规律的前兆信号的有效性和准确性,王恩元课题组通过等效围压下的含瓦斯型煤加载试验,采集了加载破坏过程中的声发射信号,基于临界慢化原理计算了声发射计数-时间序列的方差和自相关系数,并且分析了煤样破坏的前兆信号。
研究人员发现:等效围压下,含瓦斯煤在压缩破裂过程中,声发射累计计数随时间的响应经历了初始活跃期、稳定增长期、加速增长期和峰后衰减期。由于瓦斯的存在,煤样受载初期声发射较活跃。声发射累计计数表征煤样破坏的前兆信号距煤样破坏的时间段占整个加载破坏时间的20~25%,前兆信号点对应的载荷达到破坏载荷的65%~80%,不能准确反映煤样进入危险破裂阶段。含瓦斯煤受载破坏声发射响应存在临界慢化现象,临界慢化指标方差和自相关系数在煤样破坏前均有增大并持续增加现象,前兆信号与煤样破坏点之间时间差缩短,占从加载到破坏事件的3%~10%,前兆信号出现时相应载荷达到最大载荷的80%~90%,更能表征试样进入了危险破裂阶段。
这项研究得到了中央高校基本科研业务费专项资金项目、江苏省研究生培养创新工程项目、中国矿业大学优秀创新团队项目的资金支持。
文章来源:孔祥国,王恩元,胡少斌,等.含瓦斯型煤破坏临界慢化前兆特征研究[J].中国矿业大学学报,2017,46(1):1-7.
作者简介:通讯作者:王恩元(1968—),男,内蒙古卓资县人,教授,博导,从事煤与瓦斯动力灾害方面的研究。E-mail:weytop@263.net; 电话:0516-83885655