娄全等：基于全波形的煤样单轴压缩破坏声电时频特征 ·879· 破坏释放能量的大小：而电磁辐射和声发射都是试 所示.由图可以看出，不同的电磁辐射和声发射事 样破坏能量释放的结果，因此三者的累计量在一定 件拥有不同的频谱特征，复杂多变.电磁辐射信号 程度上是对试样破坏所释放能量累积量的表征，具 的优势频带窄于声发射，且频率较低.为了对试样 有高度一致性. 破坏电磁辐射和声发射信号的频谱进行对比分析， 2.3声电信号幅频特性 对该试样所有声电事件的幅度-频率谱进行叠加， 作为煤岩体同一破坏源激发的信号，电磁辐射 然后求取平均幅度-频率谱（如图8所示）.由图可 和声发射频谱特征与裂纹的萌生、扩展和贯通有密 以看出，电磁辐射信号频带很窄，主要集中在1~25 切关系.本文将加载全过程的电磁辐射事件及与之 kHz.声发射信号频率较宽，主要集中在1~280 对应的声发射波形数据导出，选取1ms时长的电磁 kHz,其中，在1~25kHz频段，电磁辐射和声发射信 辐射和声发射波形数据进行傅里叶变换求取幅度- 号有很好的一致性 频率谱，代表性试样zgl和hpl声电信号频谱如图7 为了分析两种信号的主频特征，分别将赵固二 (a) ) 0.6- 0.6 02 500400300200100 220 200 200220 缬率kHz 180 140 160 500400300200100 频率kHz 0 140 160 180 时间/s 时间s 0.8 0.3 0.6 0.4 0.2 0.1 58400300200100.140160 200 220 5084003002300100 200 220 频率从Hz 180 时间/s 频率从Hz 0140 160180 时间s 图7电磁辐射和声发射频谱图.(a)试样gl:(b)试样hpl Fig.7 Spectra of acoustic emission and electromagnetic radiation:(a)sample zgl;(b)sample hpl 0.24r 0.04 0.10r 0.02 (a).25 kHz b 25 kHz 0.08 0.18 0.02 0.01 电磁辐射幅度 电磁辐射幅度 0.12 0 0 0.06 -0.02 -0.01 声发射幅度 0.02 声发射幅度 -0.04 -0.02 100 200300 400 500 100 200300 400500 频案Hz 频率kHz 图8电磁辐射和声发射平均频谱.(a)试样zgl:(b)试样hp1 Fig.8 Average-spectra of acoustic emission and electromagnetic radiation;(a)sample gl;(b)sample hpl 矿煤样共计209个、火铺矿煤样共计255个电磁辐 以上结果表明，无论是声电信号频谱还是主频 射事件进行主频频次统计，结果如图9所示.两组 频次分布，同一破坏源激发的电磁辐射和声发射信 煤样的电磁辐射主频频次分布几乎相同，主要集中 号都含有近似的低频成分.这与Gade等[2]的结论 在1~12kHz.两组煤样的声发射主频频次分布高 一致，声电信号在低频部分的一致性说明两者都受 度一致，主要集中在四个频段：1~16kHz、28~56 到同一裂纹萌生和扩展的影响. kHz、121~125kHz和137~156kHz,其中，较低主频 3讨论 频段(1~16kHz)与电磁辐射主频频次集中频段 (1~12kHz)高度重合. 通过对实验结果的分析可以得出煤体受载破坏娄 全等: 基于全波形的煤样单轴压缩破坏声电时频特征 破坏释放能量的大小;而电磁辐射和声发射都是试 样破坏能量释放的结果,因此三者的累计量在一定 程度上是对试样破坏所释放能量累积量的表征,具 有高度一致性. 2郾 3 声电信号幅频特性 作为煤岩体同一破坏源激发的信号,电磁辐射 和声发射频谱特征与裂纹的萌生、扩展和贯通有密 切关系. 本文将加载全过程的电磁辐射事件及与之 对应的声发射波形数据导出,选取 1 ms 时长的电磁 辐射和声发射波形数据进行傅里叶变换求取幅度鄄鄄 频率谱,代表性试样 zg1 和 hp1 声电信号频谱如图 7 所示. 由图可以看出,不同的电磁辐射和声发射事 件拥有不同的频谱特征,复杂多变. 电磁辐射信号 的优势频带窄于声发射,且频率较低. 为了对试样 破坏电磁辐射和声发射信号的频谱进行对比分析, 对该试样所有声电事件的幅度鄄鄄 频率谱进行叠加, 然后求取平均幅度鄄鄄频率谱(如图 8 所示). 由图可 以看出,电磁辐射信号频带很窄,主要集中在 1 ~ 25 kHz. 声发射信号频率较宽,主要集中在 1 ~ 280 kHz,其中,在 1 ~ 25 kHz 频段,电磁辐射和声发射信 号有很好的一致性. 为了分析两种信号的主频特征,分别将赵固二 图 7 电磁辐射和声发射频谱图. (a)试样 zg1;(b)试样 hp1 Fig. 7 Spectra of acoustic emission and electromagnetic radiation: (a) sample zg1; (b) sample hp1 图 8 电磁辐射和声发射平均频谱. (a)试样 zg1;(b)试样 hp1 Fig. 8 Average鄄spectra of acoustic emission and electromagnetic radiation: (a) sample zg1; (b) sample hp1 矿煤样共计 209 个、火铺矿煤样共计 255 个电磁辐 射事件进行主频频次统计,结果如图 9 所示. 两组 煤样的电磁辐射主频频次分布几乎相同,主要集中 在 1 ~ 12 kHz. 两组煤样的声发射主频频次分布高 度一致,主要集中在四个频段:1 ~ 16 kHz、28 ~ 56 kHz、121 ~ 125 kHz 和 137 ~ 156 kHz,其中,较低主频 频段(1 ~ 16 kHz) 与电磁辐射主频频次集中频段 (1 ~ 12 kHz)高度重合. 以上结果表明,无论是声电信号频谱还是主频 频次分布,同一破坏源激发的电磁辐射和声发射信 号都含有近似的低频成分. 这与 Gade 等[22] 的结论 一致,声电信号在低频部分的一致性说明两者都受 到同一裂纹萌生和扩展的影响. 3 讨论 通过对实验结果的分析可以得出煤体受载破坏 ·879·