正在加载图片...
北京科技大学学报 第29卷 图2巷道动力学失稳与破坏情况 Fig.2 Dynamical collapsing and destabilization conditions in roadway 2实验与分析 开采中煤岩动力学破坏与失稳的声发射过程研究还 比较薄弱.华亭煤矿自2003年以来，先后在505， 2.1基于声发射的煤岩破裂与失稳特征实验 506,506,507,508,509,601,602,603和606等工作 非均匀介质的损伤与破坏是力学中极复杂、极 面的掘进与回采过程中，多次发生煤、岩层巷道瞬间 具挑战性的难题，至今仍有许多基本问题尚未解决， 破坏并急剧变形，并伴有较大的煤爆声，出现很大的 例如在邻近破坏及灾变阶段，损伤演化不遵循稳态 动压现象，这为利用声发射技术分析煤岩动力学失 累积规律，传统的均匀连续介质力学理论难以处理， 稳与变形关系提供了绝好的机会，基于煤岩受外载 声发射(AE)是研究固体材料中损伤演化的重要工 荷、变形、破裂、失稳及断裂声发射特征综合分析，探 具，其可实时、连续测量获取材料内部损伤的信息， 索特殊地质构造环境下大尺度采空区的煤岩动力失 增大试件尺寸可提高声发射定位相对精度，因此煤 稳特征及规律，为物理与数值模拟分析提供可靠的 岩破坏声发射实验成为研究动力灾害孕育过程的重 定量参数，本实验采用声华科技公司的五通道 要手段[9] SWAES全波形数字化全波形声发射检测仪，其性 有关煤岩变形、破裂、失稳及断裂特征的实验研 能参数设置见表1，图3描述了室内煤样声发射破 究已有成功尝试10]，但对深部急倾斜特厚煤层 坏特征实验情况， 表1声发射实验主要参数 Table 1 Main parameters of acoustic emission device and experiment 数据传输/(MBs) 频率响应k五 功耗(RMS)/W 动态范围/dB 采样精度 工作电压/V 132(mar) (20-2000)±1.0 160 ≥72 16位 220(AC,50h) (a) (c) 图3煤样声发射破坏规律实验描述.(a)抗拉：(b)抗压：(c)抗剪 Fig.3 Photos of acoustic emission experiment on damaged specimens:(a)tensile deformation:(b)compression deformation:(c)shearing fracture 2.2实验结果综合对比分析 要条件.5°煤顶板以泥岩为主，岩层较破碎，单轴抗 在实验中全过程连续记录其声发射，从而获得 压强度约40MPa左右，靠近顶板及中部煤层强度相 了极其丰富的损伤演化数据（见表2和表3）·一个 对较低（约10MPa),靠近底板煤层强度相对较高， 大试件在实验过程中记录到的声发射事件（对应一 且具有弱冲击倾向性，地应力测试结果表明：最大 个损伤)达几千个之多，为今后的理论研究、数值模 主应力方向沿水平北偏东39°至61°，基本与煤层倾 拟及提高动力学灾害预报的时、空、强精度提供了必 向一致；最小主应力沿煤层走向，垂直应力值居中.图2 巷道动力学失稳与破坏情况 Fig．2 Dynamical collapsing and destabilization conditions in roadway 2 实验与分析 2∙1 基于声发射的煤岩破裂与失稳特征实验 非均匀介质的损伤与破坏是力学中极复杂、极 具挑战性的难题至今仍有许多基本问题尚未解决． 例如在邻近破坏及灾变阶段损伤演化不遵循稳态 累积规律传统的均匀连续介质力学理论难以处理． 声发射（AE）是研究固体材料中损伤演化的重要工 具其可实时、连续测量获取材料内部损伤的信息 增大试件尺寸可提高声发射定位相对精度因此煤 岩破坏声发射实验成为研究动力灾害孕育过程的重 要手段［7—9］． 有关煤岩变形、破裂、失稳及断裂特征的实验研 究已有成功尝试［10—12］．但对深部急倾斜特厚煤层 开采中煤岩动力学破坏与失稳的声发射过程研究还 比较薄弱．华亭煤矿自2003年以来先后在505 506506507508509601602603和606等工作 面的掘进与回采过程中多次发生煤、岩层巷道瞬间 破坏并急剧变形并伴有较大的煤爆声出现很大的 动压现象这为利用声发射技术分析煤岩动力学失 稳与变形关系提供了绝好的机会．基于煤岩受外载 荷、变形、破裂、失稳及断裂声发射特征综合分析探 索特殊地质构造环境下大尺度采空区的煤岩动力失 稳特征及规律为物理与数值模拟分析提供可靠的 定量参数本实验采用声华科技公司的五通道 SWAES 全波形数字化全波形声发射检测仪其性 能参数设置见表1图3描述了室内煤样声发射破 坏特征实验情况． 表1 声发射实验主要参数 Table1 Main parameters of acoustic emission device and experiment 数据传输／（MB·s —1） 频率响应／kHz 功耗（RMS）／W 动态范围／dB 采样精度 工作电压／V 132（max） （20～2000） ±1∙0 160 ≥72 16位 220（AC50Hz） 图3 煤样声发射破坏规律实验描述．（a）抗拉；（b）抗压；（c）抗剪 Fig．3 Photos of acoustic emission experiment on damaged specimens： （a） tensile deformation；（b） compression deformation；（c） shearing fracture 2∙2 实验结果综合对比分析 在实验中全过程连续记录其声发射从而获得 了极其丰富的损伤演化数据（见表2和表3）．一个 大试件在实验过程中记录到的声发射事件（对应一 个损伤）达几千个之多为今后的理论研究、数值模 拟及提高动力学灾害预报的时、空、强精度提供了必 要条件．5＃煤顶板以泥岩为主岩层较破碎单轴抗 压强度约40MPa 左右靠近顶板及中部煤层强度相 对较低（约10MPa）靠近底板煤层强度相对较高 且具有弱冲击倾向性．地应力测试结果表明：最大 主应力方向沿水平北偏东39°至61°基本与煤层倾 向一致；最小主应力沿煤层走向垂直应力值居中． ·2· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷