前言：寻找写作灵感？中文期刊网用心挑选的瓦斯压力作用下冲击煤体的声发射响应，希望能为您的阅读和创作带来灵感，欢迎大家阅读并分享。
摘要：为分析瓦斯环境对冲击倾向性煤体受载破裂过程的影响，利用自行研制的含瓦斯煤体试验装置进行单轴压缩试验，采用快速傅里叶变换(FFT)与小波分析的声波处理方法，得到不同瓦斯压力下冲击煤体破裂过程的声发射响应特征，这对瓦斯环境中冲击煤体破裂的动态预警提供了一定的理论依据。
关键词：含瓦斯煤；瓦斯压力；单轴压缩；声发射
0引言
煤体作为非均质体，其内部分布着微裂隙和微孔隙等，外力作用时这些缺陷端部产生应力集中，发生突发性破裂，同时瓦斯压力会对煤体的力学性质产生一定的影响，会使煤样发生膨胀、变形等微观损伤，降低了煤抵抗变形的能力，因此，不同的瓦斯压力下产生的声发射信号就会有所区别[1]，研究瓦斯煤岩破裂产生的声发射信号和其演变规律，对进一步深入认识瓦斯环境中煤岩破裂的动态过程与监测煤体动力灾害具有重要的意义。众多学者对冲击性煤岩变形破裂过程的声发射研究特性进行了深入研究:冯增朝等[2-4]对煤岩的冲击倾向性进行了大量研究，提出了各种影响因素或指标，并用于指导冲击地压预测与防治工作；蒋军军等[5]研究了煤样的尺寸效应与冲击地压的关系，通过声发射ｂ值表征了冲击过程；郝宪杰等[6]、胡祖祥等分别从煤岩体弹塑性角度构建了本构方程，赵洪宝等对具有突出倾向煤体制备的型煤试件单轴压缩和循环加载过程中的声发射特征进行了试验研究。但不同瓦斯压力环境中，煤体破坏过程中声发射演化规律与特征的研究成果较少。笔者拟开展不同瓦斯压力下冲击倾向性煤体的单轴压缩试验，采用声发射仪对煤体受载破坏过程中的声发射信息进行同步监测，采用快速傅里叶变换（FastFourierTransform，FFT）分析的信号处理方法以探寻瓦斯压力对煤岩声发射响应的影响及其在灾害预警中的应用。
1试样的制备及实验方案
利用从徐州市铜山矿区取得的大块试样，通过钻取得到标准尺寸的煤样，利用端面磨石机将钻取好的煤芯进行打磨，试样符合要求的精度标准。实验装置用于不同瓦斯压力下的单轴压缩强度试验，加载速率为0.05mm/min。使用AE分析仪进监测，AE门槛值为40dB，外部增益放大器为60dB。利用得到的标准煤样，进行常压以及瓦斯气体压力为0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa的实验，为了降低试验结果离散性，每种压力条件下分别测试5个试样，共计20个试样。
2声发射响应特征
2.1AE时域特征
含瓦斯煤的力学试验过程中，通过声发射仪对含瓦斯煤受载破坏过程中的声发射特性进行同步监控。选取在不同瓦斯压力下典型煤样，受载破坏过程中的单轴抗压强度、累计振铃计数、能量的统计分析见表1。选取不同瓦斯压力煤体受载破坏过程的AE信号进行时域分析，可以很直观的观察出：在受载前期即压密阶段，试样产生AE事件较少或者可以忽略且能量偏小，此时振铃计数曲线呈缓慢上升趋势。在煤样破裂或者即将完全破裂时，出现AE事件数及能量大幅增加。AE事件数与能量均出现突增现象。煤样所处于不同的瓦斯压力条件，其各项数值均有一定程度的降低。对试验结果进行均值处理，得到了试样在不同瓦斯压力下的单轴抗压强度、能量峰值、振铃计数变化趋势。可随着瓦斯压力逐渐增加，煤体的单轴抗压强度、能量峰值、振铃计数呈现下降的趋势。实验数据显示，随着煤样所处不同瓦斯压力环境由常压增加至0.5MPa，煤样的单轴压强度由14.1MPa降低至10.075MPa，其单轴抗压强度降低28.546%，能量峰值由15.394v•ms降低至11.843v•ms，其能量峰值降低23.067%，振铃计数由原来的5.914万次降低至3.988万次，其振铃累计降低32.567%，总体来看，随着煤样所处环境瓦斯压力的升高，煤样的强度、能量峰值、振铃计数呈降低的趋势。瓦斯对煤体的力学性质有一定的弱化作用，随着瓦斯压力增加煤样的峰值强度总体上呈降低的趋势，也降低了变形破坏的激烈程度;另一方面，随着瓦斯压力的增大，促进了煤体内部微裂纹的扩展，使得煤体存在初始损伤，使得煤样呈现不同瓦斯压力下，声发射计数和能量峰值的减小。
2.2AE频谱特征
选择典型试样，对试样在压裂瞬时的AE信号进行频谱分析。煤样破裂产生的频率集中在0~200kHz。随着煤样所处环境瓦斯压力的增加，AE信号的主频带逐渐变窄，AE信号的主频大小与频域最大振幅分别与瓦斯压力呈正、负相关关系，当瓦斯压力由0.0MPa增大至0.5MPa时，主频由50kHz增大为150KHz，频域最大振幅由13mv降低为4.7mv。瓦斯环境下，煤基质发生了变形，煤体的表面能大幅降低，煤体颗粒之间的粘结力降低，进而使煤体抗压强度降低。此时煤体在破坏时更易产生大量微裂隙，而微小裂隙的扩展、发育会产生较多高频信号，煤体破裂的声波主频表现出由“低频高能”变化为“高频低能”变化特征。
3结论
1）瓦斯压力的升高，冲击煤体破坏过程的声发射时域能量峰值、振铃计数呈降低趋势；2）瓦斯环境下，冲击煤体破裂产生的频率集中在0~200kHz。瓦斯压力的增加会导致冲击煤体破裂的声波主频逐渐由“低频高能”变化为“高频低能”。
作者：刘传政 伍晓龙 赵伟 单位：安徽理工大学安全科学与工程学院