三軸循環(huán)加卸載作用下煤樣的聲發(fā)射特征

何 俊，潘結(jié)南，王安虎

(1.河南理工大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院，河南 焦作 454003；2.河南理工大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，河南 焦作 454003)

三軸循環(huán)加卸載作用下煤樣的聲發(fā)射特征

何 俊1，潘結(jié)南2，王安虎1

(1.河南理工大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院，河南 焦作 454003；2.河南理工大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，河南 焦作 454003)

利用RMT-150B巖石力學(xué)試驗機(jī)對煤樣進(jìn)行常規(guī)三軸、三軸循環(huán)加卸載作用下聲發(fā)射試驗，對不同加載條件下煤樣的聲發(fā)射特征進(jìn)行分析。分析結(jié)果表明:在常規(guī)三軸壓縮過程中聲發(fā)射能量、累計計數(shù)和累計能量隨時間變化趨勢基本一致，均能較好反映煤樣內(nèi)部的破壞過程；在煤樣循環(huán)加卸載過程間隔出現(xiàn)聲發(fā)射信息，其能量、計數(shù)和幅值變化趨勢一致，與煤樣所受應(yīng)力相吻合；煤樣在常規(guī)三軸和循環(huán)加卸載破壞過程中聲發(fā)射突變點在峰值應(yīng)力的85%左右，可以作為判定煤樣破壞的前兆；在循環(huán)加卸載過程中Felicity效應(yīng)較明顯，F(xiàn)elicity比值FR遠(yuǎn)小于1，隨著循環(huán)應(yīng)力水平提高，F(xiàn)R值不斷降低，表明循環(huán)加卸載過程中聲發(fā)射記憶具有超前特征，Kaiser效應(yīng)的記憶效果較差，Kaiser效應(yīng)作為煤體穩(wěn)定性指標(biāo)需謹(jǐn)慎。

三軸壓縮；循環(huán)加載；聲發(fā)射；Kaiser效應(yīng)；Felicity效應(yīng)

在巖石工程領(lǐng)域經(jīng)常會遇到循環(huán)荷載的作用，比如采煤工作面回采過程中，前方煤體受超前移動支承壓力以及動壓的影響，煤體始終處于加卸載作用，采煤工作面礦壓顯現(xiàn)表現(xiàn)出明顯周期性。為更好地了解煤巖在循環(huán)荷載作用下的聲發(fā)射特征，有必要對三軸循環(huán)加卸載作用下煤樣的聲發(fā)射特征進(jìn)行深入研究。開展煤巖聲發(fā)射特征研究有助于認(rèn)識煤巖破壞機(jī)理，揭示沖擊地壓、煤與瓦斯突出等動力災(zāi)害的聲發(fā)射前兆信息特征，對煤巖動力災(zāi)害的預(yù)測預(yù)報具有重要應(yīng)用價值。

對于煤巖聲發(fā)射特性的研究已經(jīng)有大量成果發(fā)表。李庶林等[1-5]對巖石不同加卸載方式的聲發(fā)射特征進(jìn)行研究；曹樹剛等[6-7]研究認(rèn)為煤樣在單軸和三軸壓縮作用下聲發(fā)射有所不同，圍壓作用下破壞前無明顯相對平靜期現(xiàn)象，聲發(fā)射主頻頻率范圍與受力條件相關(guān)，三軸壓縮主頻范圍明顯高于單軸壓縮的結(jié)論；艾婷等[8]進(jìn)行了不同圍壓下煤樣三軸壓縮的聲發(fā)射定位實驗，尋求研究煤巖破裂過程中 AE時序特征、能量釋放與空間演化規(guī)律；劉?？h等[9-11]對型煤和原煤單軸壓縮煤巖的損傷演化及聲發(fā)射特性進(jìn)行試驗研究，建立基于聲發(fā)射特性的單軸壓縮煤巖損傷模型得出煤巖的損傷演化曲線和方程；李玉壽等[12]對煤樣在單軸三軸壓縮及孔隙水作用下的聲發(fā)射特征進(jìn)行了研究；趙洪寶等[13]研究了含瓦斯煤樣在三軸壓縮過程中的聲發(fā)射特性，建立了基于聲發(fā)射特性的含瓦斯煤巖損傷方程；蘇承東等[14]對煤樣常規(guī)單軸、三軸和卸圍壓加載路徑條件下，煤樣的變形、強度及聲發(fā)射特征進(jìn)行系統(tǒng)分析；王恩元等[15-16]對單軸煤體破裂過程中聲發(fā)射和電磁輻射的規(guī)律進(jìn)行分析；張廣清等[17-19]對不同加載路徑下巖石Kaiser效應(yīng)進(jìn)行了研究。

上述研究僅針對煤巖樣在單軸和三軸加載破壞過程的聲發(fā)射特征，對于煤樣三軸循環(huán)加卸載作用下的聲發(fā)射特征尚不夠清楚。鑒于此，本文采用RMT-150B巖石力學(xué)試驗機(jī)對煤樣進(jìn)行三軸循環(huán)加卸載作用下的聲發(fā)射試驗,分析其聲發(fā)射特征。研究成果可望對沖擊地壓、煤與瓦斯突出等煤巖動力災(zāi)害的預(yù)測預(yù)報提供參考。

1 煤樣特征與試驗方法

1.1 煤樣特征

試驗煤樣取自晉煤集團(tuán)成莊煤礦，從工作面煤壁上選取比較完整的大煤塊，在室內(nèi)沿垂直層理方向采用密集布孔鉆取，加工成直徑50mm、長度100mm 的圓柱體煤樣，煤樣兩端不平行度小于0.05mm，加工精度滿足規(guī)程[20]的要求，自然密度為1359～1411kg/m3，平均密度為1382kg/m3。

1.2 試驗方法

試驗加載采用RMT-150B巖石力學(xué)試驗系統(tǒng)，聲發(fā)射測試采用北京科海恒生科技有限公司生產(chǎn)的CDAE-1聲發(fā)射檢測與分析系統(tǒng)。試驗采用常規(guī)三軸和三軸加卸載方式，圍壓為5,8和15MPa，每個圍壓下兩種加載路徑各進(jìn)行一個煤樣，共計6個煤樣。三軸加卸載時，在煤樣峰值前后不同應(yīng)力水平進(jìn)行加卸載2～3次。在煤樣三軸壓縮加載過程中實時監(jiān)測聲發(fā)射信息，聲發(fā)射采樣頻率為1.5MHz，門檻值設(shè)定為45dB；載荷、變形采樣頻率5Hz。采用位移控制加載速率為0.005mm/s，試驗過程中系統(tǒng)自動采集記錄載荷、變形、聲發(fā)射能量、計數(shù)和振幅等參數(shù)。

2 試驗結(jié)果分析

對于煤巖體聲發(fā)射監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用來說，主要是依據(jù)聲發(fā)射參數(shù)對時間的變化過程來對煤巖體的穩(wěn)定性進(jìn)行評價，時間是監(jiān)測預(yù)報的基本變量?；诖?，采用聲發(fā)射能量(E)、累計能量(ΣE)、聲發(fā)射計數(shù)(N)、累計計數(shù)(ΣN)、幅值(A)和累計幅值(ΣA)與時間變化，分析三軸循環(huán)加卸載作用下煤樣的聲發(fā)射特征。

2.1 常規(guī)三軸壓縮時聲發(fā)射特征

圖1為M1煤樣常規(guī)三軸壓縮過程中的聲發(fā)射特征檢測結(jié)果(限于篇幅，煤樣M3，M5試驗結(jié)果略)。從圖1可以看出，煤樣常規(guī)三軸壓縮過程中聲發(fā)射特征有以下規(guī)律:

圖1 常規(guī)三軸壓縮過程中聲發(fā)射檢測結(jié)果Fig.1 AE test results of coal samples under triaxial compression

(1)在加載初期的壓密階段(0<σ1≤18.0MPa)，產(chǎn)生少量聲發(fā)射信息，偶爾出現(xiàn)較大聲發(fā)射信息，且具有很大波動性，聲發(fā)射能量和計數(shù)較少，幅值明顯偏低，幅值一般不超過55dB?？梢岳斫鉃槊簶釉谳^低應(yīng)力作用下，煤樣內(nèi)部某些原始裂紋閉合過程及閉合后，部分粗糙面咬合破壞都會產(chǎn)生聲發(fā)射信息。此階段，聲發(fā)射累計能量(ΣE)、累計計數(shù)(ΣN)和累計幅值(ΣA)與時間曲線緩慢上升。

(2)隨著應(yīng)力進(jìn)入彈性階段(18.0MPa<σ1≤42.0MPa)時，其應(yīng)力與應(yīng)變大致成線性關(guān)系，表現(xiàn)出煤樣的彈性特征，煤樣所受應(yīng)力不足以形成新微裂紋，聲發(fā)射活動仍然較少，幅值變化不大。表明煤樣內(nèi)部某些閉合裂紋發(fā)生滑移產(chǎn)生能量較低聲發(fā)射信息，此階段，聲發(fā)射累計能量(ΣE)、累計計數(shù)(ΣN)和累計幅值(ΣA)與時間曲線趨于平緩。

(3)繼續(xù)增加應(yīng)力進(jìn)入屈服階段(42.0MPa <σ1≤50.7 MPa)時，煤樣初步損傷發(fā)展過程中，煤樣內(nèi)部微裂紋逐漸產(chǎn)生，聲發(fā)射開始趨于活躍，聲發(fā)射計數(shù)、能量和幅值大幅增加，個別聲發(fā)射幅值超過80dB。表明煤樣內(nèi)部由低能量小破裂逐漸向高能量大破裂轉(zhuǎn)化。此階段，聲發(fā)射累計能量(ΣE)、累計計數(shù)(ΣN)和累計幅值(ΣA)與時間曲線明顯變陡，3條曲線斜率顯著增加。

(4)當(dāng)應(yīng)力增加至峰值應(yīng)力(50.66 MPa)時，煤樣內(nèi)部微裂紋發(fā)生聚合、貫通形成宏觀破裂面，聲發(fā)射活動異常活躍，破壞瞬時聲發(fā)射能量、計數(shù)和達(dá)到最大值，幅值達(dá)到90dB。隨后煤樣內(nèi)部沿某破裂面產(chǎn)生宏觀滑移，宏觀裂隙滑移過程中爬坡啃齒現(xiàn)象，應(yīng)力跌落過程中聲發(fā)射計數(shù)和能量仍然較高，聲發(fā)射信息隨應(yīng)力降低而逐漸減少，此階段，聲發(fā)射累計能量(ΣE)、累計計數(shù)(ΣN)和累計幅值(ΣA)與時間曲線趨于平緩。

從上述分析可以看出:煤樣三軸壓縮過程中產(chǎn)生聲發(fā)射能量、累計計數(shù)和累計能量隨時間變化趨勢基本一致，均能較好反映煤樣內(nèi)部的破壞過程，聲發(fā)射突變點在峰值應(yīng)力的85%左右，可以作為判定煤樣破壞的前兆。

2.2 三軸循環(huán)加卸載時聲發(fā)射特征

圖2為M4煤樣三軸循環(huán)加卸載變形過程中的聲發(fā)射測試結(jié)果(限于篇幅，煤樣M2，M6試驗結(jié)果略)。

圖2 煤樣三軸加卸載試驗過程中聲發(fā)射檢測結(jié)果Fig.2 AE test results of coal specimen under triaxial loading and unloading

從圖2可以看出，煤樣M4三軸循環(huán)加卸載過程中聲發(fā)射特征有以下規(guī)律:

(1)第1次加載初期沒有聲發(fā)射信息，當(dāng)?shù)?次加載進(jìn)行到12.38MPa時，開始有能量較低聲發(fā)射信息，隨著應(yīng)力增加，聲發(fā)射信息同步增加，累計能量(ΣE)、累計計數(shù)(ΣN)和累計幅值(ΣA)與時間大致成線性關(guān)系。當(dāng)應(yīng)力增加到46.09MPa(峰值強度的68.8%)進(jìn)行第1次卸載。在卸載過程中仍然伴隨有聲發(fā)射信息，其強度與加載時相比有所減弱，幅值不超過50dB，累計參數(shù)(ΣE，ΣN和ΣA)隨時間增加有所減緩。直到卸載應(yīng)力低于18.72MPa后，聲發(fā)射信息消失，而后累計能量(ΣE)、累計計數(shù)(ΣN)和累計幅值(ΣA)基本恒定。

(2)第1次卸載160s至第2次加載進(jìn)行254s時間段，累計能量(ΣE)、累計計數(shù)(ΣN)和累計幅值(ΣA)與時間曲線基本保持水平。第2次加載進(jìn)行到18.04MPa時，又出現(xiàn)少量聲發(fā)射信息，隨著應(yīng)力增加，聲發(fā)射信息同步增加，累計能量(ΣE)、累計計數(shù)(ΣN)和累計幅值(ΣA)與時間成線性關(guān)系。當(dāng)軸向應(yīng)力增加到56.43 MPa(峰值強度的84.2%)進(jìn)行第2次卸載，卸載時聲發(fā)射特征與第1次卸載時基本相同，當(dāng)卸載應(yīng)力低于17.85MPa以后，聲發(fā)射信息又一次消失，累計能量(ΣE)、累計計數(shù)(ΣN)和累計幅值(ΣA)基本保持恒定。

(3)在第2次卸載420s至第3次加載時間489s時間段，累計能量(ΣE)、累計計數(shù)(ΣN)和累計幅值(ΣA)與時間曲線基本保持水平。第3次加載進(jìn)行到16.78MPa以后，又會出現(xiàn)少量聲發(fā)射信息，隨著應(yīng)力增加，聲發(fā)射信息增加較快。當(dāng)軸向應(yīng)力高于49.53 MPa(峰值強度的74.33%)以后，進(jìn)入屈服階段，高能量的聲發(fā)射信息急增，聲發(fā)射事件數(shù)量增多，強度明顯增大。此階段，聲發(fā)射累計能量(ΣE)、累計計數(shù)(ΣN)和累計幅值(ΣA)與時間曲線明顯變陡，突變點在峰值應(yīng)力的85%左右。表現(xiàn)出煤樣的初步損傷發(fā)展過程，煤樣內(nèi)部微裂紋不斷演化時聲發(fā)射逐漸趨于活躍，能量、計數(shù)和幅值增加，標(biāo)志煤樣破壞前兆。

(4)當(dāng)軸向應(yīng)力達(dá)到66.99MPa時(峰值強度)，煤樣內(nèi)部微裂紋發(fā)生聚合、貫通，從而導(dǎo)致了宏觀破裂面的形成，裂紋之間相互作用開始加劇，聲發(fā)射事件異?；钴S，其能量、計數(shù)和幅值迅速提高，煤樣破壞瞬時聲發(fā)射能量、計數(shù)和幅值均達(dá)到最大值。而后煤樣沿某破裂面產(chǎn)生宏觀滑移，軸向應(yīng)力迅速跌落，煤樣整體失去承載能力，聲發(fā)射信息又迅速減少，聲發(fā)射能量、計數(shù)和幅值也隨即降低。當(dāng)超過峰值后應(yīng)力跌落到61.84MPa進(jìn)行第3次卸載，當(dāng)卸載應(yīng)力低于11.67 MPa，聲發(fā)射信息消失，累計能量(ΣE)、累計計數(shù)(ΣN)和累計幅值(ΣA)與時間曲線趨于平緩。

根據(jù)上述分析結(jié)果可以看出:煤樣在循環(huán)加、卸載過程間隔出現(xiàn)聲發(fā)射信息，其聲發(fā)射能量、計數(shù)和幅值變化趨勢一致，與煤樣所受應(yīng)力吻合，突變點在峰值應(yīng)力的85%左右，峰值前沒有出現(xiàn)明顯平靜期，這與文獻(xiàn)[7]所得結(jié)論相同。

2.3 聲發(fā)射Kaiser 效應(yīng)特征

巖石材料在循環(huán)加、卸載過程中聲發(fā)射信息具有記憶特征。當(dāng)加載應(yīng)力到前次加載最高應(yīng)力時開始出現(xiàn)聲發(fā)射信息，稱為Kaiser效應(yīng)；而當(dāng)加載應(yīng)力小于前次加載最高應(yīng)力時聲發(fā)射信息就開始顯著增大，稱為Felicity 效應(yīng)。Kaiser效應(yīng)記憶準(zhǔn)確與否，可用 Felicity比值來衡量，該值越接近1表示記憶越準(zhǔn)確，不可逆比值大于1表示巖石記憶滯后，反之則表示記憶超前[19]，公式為

(1)

其中，σp為上次加載的最大應(yīng)力；σk為出現(xiàn)連續(xù)聲發(fā)射信號時所對應(yīng)的應(yīng)力值。為了比較煤樣循環(huán)加、卸載過程中，卸載時聲發(fā)射信息消失與加載出現(xiàn)聲發(fā)射信息特征，引入平靜效應(yīng)比值，即加載出現(xiàn)聲發(fā)射信息時所處應(yīng)力與上次卸載時聲發(fā)射信息消失所處應(yīng)力的比值，公式為

(2)

其中，σn為上次卸載時聲發(fā)射信息消失所處應(yīng)力；σm為加載出現(xiàn)聲發(fā)射信息所處應(yīng)力。這里需要說明的是:卸載聲發(fā)射信息消失和加載出現(xiàn)聲發(fā)射信息的門檻值為45dB。圖3給出煤樣三軸循環(huán)加卸載中應(yīng)力、累計計數(shù)、累計能量和累計幅值與時間的關(guān)系。

由圖3(a)可知，煤樣M2在圍壓 5MPa循環(huán)加卸載條件下聲發(fā)射特征。第1次加載進(jìn)行到33 s，應(yīng)力為10.69MPa時(A點)，開始出現(xiàn)聲發(fā)射信息。繼續(xù)加載到143 s，應(yīng)力為46.26 MPa(峰值強度的83.4%)時(B點)第1次卸載，卸載進(jìn)行到245s,應(yīng)力為11.29MPa時(C點)，聲發(fā)射信息消失，直到第2次加載進(jìn)行到368s,應(yīng)力12.39MPa時(E點)，出現(xiàn)聲發(fā)射信息，F(xiàn)R=0.28，AR=1.10。第2次加載進(jìn)行到493 s,應(yīng)力為50.66 MPa(峰值強度)時(F點)，聲發(fā)射信息均達(dá)到最大值，而后進(jìn)行第2次卸載，卸載進(jìn)行到570s,應(yīng)力為10.93 MPa時(G點)，聲發(fā)射信息又一次消失。在第3次峰后加載進(jìn)行到795s,應(yīng)力10.92MPa時(I點)，又一次出現(xiàn)聲發(fā)射信息，F(xiàn)R= 0.22，AR=1.0。在第3次加載進(jìn)行到864s,應(yīng)力為47.99MPa(峰值強度的93.7%)時(J點)，聲發(fā)射信息劇增，第3次卸載到945s,應(yīng)力為20.07 MPa時(K點)，聲發(fā)射信息消失。

圖3 煤樣聲發(fā)射特征參數(shù)與時間的關(guān)系Fig.3 Relationship between AE characteristics parameters of coal specimens and time

由圖3(b)可知，煤樣M4在圍壓 8MPa循環(huán)加卸載條件下聲發(fā)射特征。第1次加載進(jìn)行到32s,應(yīng)力為12.38MPa時(A點)，開始出現(xiàn)聲發(fā)射信息。繼續(xù)加載到108s,應(yīng)力為46.09MPa(峰值強度的68.8%)時(B點)進(jìn)行第1次卸載，卸載進(jìn)行到160s,應(yīng)力為18.72MPa時(C點)，聲發(fā)射信息消失。直到第2次加載進(jìn)行到254s,應(yīng)力18.04MPa時(E點)，出現(xiàn)聲發(fā)射信息，F(xiàn)R=0.39，AR=0.96。第2次加載進(jìn)行到331s,應(yīng)力為56.43 MPa(峰值強度的84.2%)時(F點)進(jìn)行第2次卸載，卸載進(jìn)行到402s,應(yīng)力為17.85MPa時(G點)，聲發(fā)射信息又一次消失。在第3次加載進(jìn)行到496 s應(yīng)力16.78MPa時(I點)，又出現(xiàn)聲發(fā)射信息，F(xiàn)R=0.30，AR=0.94。在第3次加載進(jìn)行到560s,應(yīng)力為49.53 MPa(峰值強度的73.4%)時(J點)進(jìn)入屈服階段，聲發(fā)射信息大幅度增加，當(dāng)加載進(jìn)行到612s,應(yīng)力66.99MPa(峰值強度)時(K點)，聲發(fā)射信息增加到最大，第3次卸載進(jìn)行到739s,應(yīng)力為11.67 MPa時(L點)，聲發(fā)射信息消失。

由圖3(c)煤樣M6在圍壓 15MPa循環(huán)加卸載條件下，第1次加載進(jìn)行到34s，應(yīng)力為15.68MPa時(A點)，開始出現(xiàn)聲發(fā)射信息，繼續(xù)加載進(jìn)行到73 s,應(yīng)力為31.42MPa(峰值強度的35.3%)時(B點)進(jìn)行第1次卸載，卸載進(jìn)行到121s應(yīng)力為11.26 MPa時(C點)，聲發(fā)射信息消失。直到第2次循環(huán)加載進(jìn)行到172s,應(yīng)力13.31MPa時(E點)，又一次出現(xiàn)聲發(fā)射信息，F(xiàn)R=0.42，AR=1.18。第2次加載進(jìn)行到321s,應(yīng)力為76.44MPa(峰值強度的85.9%)時(F點)進(jìn)行第2次卸載，卸載進(jìn)行到469s,應(yīng)力為10.19MPa時(G點)，聲發(fā)射信息又消失。在第3次加載進(jìn)行到516 s,應(yīng)力9.36 MPa時(I點)，出現(xiàn)聲發(fā)射信息，F(xiàn)R=0.15，AR=1.15。當(dāng)?shù)?次加載進(jìn)行到711s,應(yīng)力為89.0MPa(峰值強度)時(J點)，聲發(fā)射信息增加至最大值，第3次卸載進(jìn)行到863 s,應(yīng)力為9.38MPa時(K點)，聲發(fā)射信息消失。

表1給出煤樣M2，M4，M6三軸循環(huán)加卸載條件下Felicity比值FR、平靜效應(yīng)比值A(chǔ)R，其中PR為峰值比值(上次循環(huán)最大應(yīng)力與峰值強度的比值)。

表1循環(huán)加卸載時Felicity效應(yīng)比值和平靜效應(yīng)比值
Table1Felicityratioandcalmeffectratiowhencyclicloadingandunloading

煤樣PRFRARM20 8340 271 101 0000 221 00M40 6880 370 960 8420 300 94M60 3530 421 180 8590 151 15

從表1和圖3可以看出，煤樣循環(huán)加卸載過程中Felicity效應(yīng)較明顯，F(xiàn)elicity比值FR遠(yuǎn)小于1，大致分布在0.15～0.42，且隨著循環(huán)應(yīng)力水平提高，F(xiàn)R值不斷降低，表明煤樣循環(huán)加卸載時聲發(fā)射記憶具有超前特征，這與文獻(xiàn)[19]變化趨勢大致相同。平靜效應(yīng)比值A(chǔ)R與循環(huán)應(yīng)力水平高低關(guān)系不大，分布在0.94～1.18，平均值為1.06。表明在上次卸載與加載之間存在平靜期。

對于節(jié)理裂隙發(fā)育的煤樣而言，Kaiser效應(yīng)記憶效果較差，F(xiàn)elicity比值FR遠(yuǎn)小于1，聲發(fā)射記憶具有超前特征?？梢越忉尀槊簶觾?nèi)部布滿原生微節(jié)理裂隙等微觀缺陷，在煤樣受循環(huán)載荷作用下裂紋擴(kuò)展不僅受載荷控制，還受到原生微節(jié)理裂隙演化影響，當(dāng)循環(huán)加載時應(yīng)力能夠使原生節(jié)理裂隙擴(kuò)展時，就會產(chǎn)生聲發(fā)射信息，這與完整性較好的巖石所檢測的現(xiàn)象相比有所不同，這給記錄煤樣受力過程帶來很大不確定性。而平靜效應(yīng)記憶比較準(zhǔn)確，表明煤樣無論是加載還是卸載，當(dāng)應(yīng)力低于某應(yīng)力值時，煤樣內(nèi)部不會產(chǎn)生微裂隙和滑移現(xiàn)象?？梢姴捎肒aiser效應(yīng)作為煤體穩(wěn)定性檢測需謹(jǐn)慎。

3 結(jié) 論

(1)在常規(guī)三軸壓縮過程中聲發(fā)射能量、累計計數(shù)和累計能量隨時間變化趨勢基本一致，均能較好反映煤樣內(nèi)部破壞過程，突變點在峰值應(yīng)力的85%左右，可以作為判定煤樣破壞的前兆。

(2)在循環(huán)加卸載過程間隔出現(xiàn)聲發(fā)射信息，其能量、計數(shù)和幅值變化趨勢一致，與煤樣所受應(yīng)力吻合，突變點在峰值應(yīng)力的85%左右，峰值前沒有出現(xiàn)明顯平靜期。

(3)在循環(huán)加卸載過程中Felicity效應(yīng)較明顯，F(xiàn)elicity不可逆比值FR遠(yuǎn)小于1，隨著循環(huán)應(yīng)力水平提高FR值不斷降低，表明循環(huán)加卸載過程的聲發(fā)射記憶具有超前特征，Kaiser效應(yīng)的記憶效果較差，這給記錄煤樣受力過程帶來很大的不確定性，Kaiser效應(yīng)作為煤體穩(wěn)定性檢測需謹(jǐn)慎。

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Acousticemissioncharacteristicsofcoalspecimenundertriaxialcyclicloadingandunloading

HE Jun1，PAN Jie-nan2，WANG An-hu1

(1.SchoolofSafetyScienceandEngineering,HenanPolytechnicUniversity,Jiaozuo454003,China；2.SchoolofResources&Environment,HenanPolytechnicUniversity,Jiaozuo454003,China)

By using RMT-150B rock mechanics test equipment,the acoustic emission(AE)tests of coal specimen under conventional triaxial and triaxial cyclic loading and unloading were carried out,and AE characteristics of coal specimens under different loading situations was analyzed.The test results show that the AE mutation point in conventional triaxial compression process is substantial in about 85% of the peak stress,and AE count more accusatively responses to AE information in coal specimen deformation and failure process,which can be used as a precursor to determine the coal specimen failure.AE information occurs in the interval of cyclic loading and unloading process,and the change trends of energy,count and amplitude are same and coincide with the stress of the coal specimens.Felicity effect in the cyclic loading and unloading process is obvious,and the Felicity ratioFRis much less than 1.That theFRvalue continuously decreases with the cyclic stress level increasing shows the advance feature of AE memory in the cyclic loading and unloading process.The memory effect of Kaiser effect is poor,and Kaiser effect as the coal body stability index needs to be cautious.

triaxial compression;cyclic loading;acoustic emission；Kaiser effect；Felicity effect

10.13225/j.cnki.jccs.2013.0159

國家自然科學(xué)基金資助項目(50904024,51274089)；河南省重點科技攻關(guān)資助項目(092102310315)

何 俊(1973—)，男，河南獲嘉人，副教授，博士。Tel:0391-3987436,E-mail:hejun@hpu.edu.cn

TD315

A

0253-9993(2014)01-0084-07

何 俊，潘結(jié)南，王安虎.三軸循環(huán)加卸載作用下煤樣的聲發(fā)射特征[J].煤炭學(xué)報,2014,39(1):84-90.

He Jun，Pan Jienan，Wang Anhu.Acoustic emission characteristics of coal specimen under triaxial cyclic loading and unloading[J].Journal of China Coal Society,2014,39(1):84-90.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2013.0159