瓦斯环境中煤体破裂AE信号频带能量特征研究

发布时间：2025-04-18 02:23

　　 为分析瓦斯环境对煤体受载破裂过程中的声发射(AE)频带能量的影响,以构造煤体为研究对象,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)与小波包分析的信号处理方法,得到不同瓦斯压力下的煤体破裂AE频带能量特征。结果表明:瓦斯压力越大,煤体破裂产生的AE信号主频越大,频带越窄,频谱逐渐由复杂多峰形态转变为单峰形态;瓦斯环境下,随着受载应力的增加,频带逐渐丰富,频谱逐渐左移;当瓦斯压力变化时,2. 92～4. 38、4. 38～5. 84、7. 3～8. 76 kHz等3个频带的能量变化趋势较为明显;处于2. 92～4. 38 kHz频带内能量的变化量与4. 38～5. 84、7. 3～8. 76 kHz能量的变化量之和基本相等,且呈现相反的变化趋势;当构造煤体所受应力增加时,4. 38～5. 84与7. 3～8. 76 kHz分别为能量增加与减少幅度最大的频带;可以将2. 92～4. 38、4. 38～5. 84 k Hz作为研究构造煤体在瓦斯环境中受载破坏的特征频带。

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【部分图文】：

图1 部分试样

煤样取自淮南矿区，由于煤较软，制备原煤试样的难度较大，所以试验采用型煤试样。煤样从井下取出后，经粉碎筛选后，取出粒径为0～1mm与1～3mm的煤粉与质量分数为3%的腐殖酸钠水溶液均匀混合，三者质量比为6∶19∶5[13]，在成型压力为20MPa的情况下，稳压15min后压....

图2 试验系统

试验系统如图2所示，利用电子万能试验机对型煤试样进行单轴压缩试验，加载速率为0.05mm/s。使用AE分析仪进行监测，AE门槛值为40dB，外部增益放大器为60dB。井下煤样所取位置处瓦斯压力为0.8MPa，参考此压力，设置0.3、0.5、0.7和0.9MPa等4种瓦斯环....

图3 应力-应变曲线

选择典型的试验结果，得到了试样在不同瓦斯压力下的应力-应变曲线，如图3所示。由图3可知:瓦斯压力越大，煤体的单轴抗压强度越低。选取瓦斯压力为0.5MPa时的典型试样，对试样受载破坏过程的AE信号进行时域分析，如图4所示。煤体受载破坏过程主要包括4个阶段:I压密阶段、II弹性变形....

图4 瓦斯压力0.5 MPa时试样AE信号时域

选取瓦斯压力为0.5MPa时的典型试样，对试样受载破坏过程的AE信号进行时域分析，如图4所示。煤体受载破坏过程主要包括4个阶段:I压密阶段、II弹性变形阶段、III塑性变形阶段、IV峰后破坏阶段。在I和II阶段，试样的变形量很小，产生的AE事件较少且能量偏小，此时能量归一化曲线....

本文编号：4040372