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1、第31卷第5期煤炭学报Vol.31No.52006年10月JOURNALOFCHINACOALSOCIETYOct.2006文章编号:0253-9993(2006)05-0562-04煤样压缩破坏过程的声发射试验杨永杰,陈绍杰,韩国栋(山东科技大学矿山灾害预防控制教育部重点实验室,山东青岛266510)摘要:对煤样进行了单轴压缩条件下的声发射试验,通过对能量计数率的最大Lyapunov指数计算,证明煤岩破裂过程并非呈现混沌,而是可以通过声发射信息预测的.对能量计数率进行小波系数分解,进一步计算得到各尺度的Lipschitz指数α.结果表明,可以用最先出现的α负值所对应
2、的时间作为煤样破裂预测时间.关键词:煤岩;破坏;声发射;混沌;Lipschitz指数;预测中图分类号:TU452文献标识码:AExperimentalonacousticemissionduringcompressionruptureprocedureofcoalsampleYANGYong2jie,CHENShao2jie,HANGuo2dong(KeyLaboratoryofMineDisasterPreventionandControl,ShandongUniversityofScienceandTechnology,Qingdao266510,China)Ab
3、stract:Acousticemissionexperimentunderuniaxialcompressionofcoalsampleswascarriedout.CalculationofthemaximumLyapunovexponentofenergycountingfrequencyprovedthatthereisnochaosinruptureprocessofcoal,andtheprocessofcompressionrupturecanbepredictedthroughacousticemissioninformation.Throughwav
4、eletcoefficientdecompositionofenergycountrateandfurthercalculationobtainingvariousLipschitzindexα.Theresultsshowthatthetimewhenαfirstbecomenegativecanbeusedasthepredictiontimeofruptureofcoalsample.Keywords:coal;rupture;acousticemission;chaos;Lipschitzindex;prediction当应力达到材料所受的最大先期应力时,其内
5、部将产生局部弹塑性能量集中,会有声发射(acoustic[1,2][3]emission,AE)现象发生.所谓声发射现象,是指材料在外界应力作用下,其内部弹塑性能量积聚到某一临界值之后引起微裂隙的产生与扩展,同时伴随有弹性波或应力波的传播,其结果就是声发射.一[4]般情况下,声发射信号的强度很弱,人耳不能直接听到,需要借助灵敏的电子仪器来检测.研究声发射信息与煤样压缩破裂过程的内在关系对于采用声发射监测技术预测煤岩体破裂,预防煤与瓦斯突出、冲击地压等煤矿井下灾害具有重要意义.1试验方法及结果本次煤样单轴压缩条件下声发射试验的加载系统采用MTS815102电液伺服岩石试
6、验系统.加载过程采用位移控制方式,以011mm/s的速度加载直到试件破坏且处于平稳的残余变形阶段停止试验.收稿日期:2005-11-24基金项目:国家自然科学基金资助项目(50474029)作者简介:杨永杰(1965-),男,山东泰安人,硕士,副教授.Tel:0532-86057053,E-mail:yyj16125@1631com第5期杨永杰等:煤样压缩破坏过程的声发射试验563声发射仪型号为AE-400B型,声发射探头采用单分量检波器,中心谐振频率120kHz,前置放大器增益为40dB,主放大器增益为40dB,调整阀值电压为110V,设置声发射事件间隔为3ms.探
7、头拾取的声发射信号经前置放大和主放后由声发射仪进一步处理成声发射参数(事件累计、事件速率、振铃计数、振铃计数率、能量累计、能率等).本次试验选择2个煤岩试件,分别取自新河矿3煤和鲍店矿3煤,按岩石力学实验规范将煤、岩试块加工成直径50mm、高100mm的圆柱型标准试件.试验时将声发射传感器耦合在试件上,为保证耦合效果,在探头与试件接触部位涂上一层黄油,再用胶布等把探头固定.另外,为尽可能减少端面影响,声发射检波器应尽可能远离试件上、下端面.[4]反映声发射特性的参数有多个,本文采用声发射计数率(CNT)和声发射能量计数率(简称能率,ENE)来分析煤样
