磁鐵礦原礦單軸擠壓破碎力學過程與聲發(fā)射特征

甘德清，甘　澤，張云鵬，張亞賓

(1.華北理工大學礦業(yè)工程學院，河北 唐山 063009；2.華北理工大學科學技術處，河北 唐山 063009；3.河北省礦業(yè)開發(fā)與安全技術重點實驗室，河北 唐山 063009)

?

磁鐵礦原礦單軸擠壓破碎力學過程與聲發(fā)射特征

甘德清1，3，甘澤2，張云鵬1，3，張亞賓1，3

(1.華北理工大學礦業(yè)工程學院，河北 唐山 063009；2.華北理工大學科學技術處，河北 唐山 063009；3.河北省礦業(yè)開發(fā)與安全技術重點實驗室，河北 唐山 063009)

為研究磁鐵礦原礦擠壓破碎機理，采用TAW-3000電液伺服巖石三軸試驗機和PCI-2聲發(fā)射檢測系統，進行磁鐵礦原礦單軸擠壓破碎試驗，分析磁鐵礦原礦單軸擠壓破碎的力學過程和聲發(fā)射特征。試驗結果表明，裂隙壓縮階段的變形量占總變形量的45%，彈性變形階段和裂隙擴展階段應力與峰值應力的比值范圍大于一般堅硬巖石在相同階段的應力比值范圍；不同階段之間轉變時，聲發(fā)射信號會出現大幅度躍升或下降，之后出現一段時間的平靜期；聲發(fā)射振鈴計數率和事件計數率在各階段的變化規(guī)律相反，能量計數率躍升反映試件發(fā)生顯著破壞，能量計數率的最大值不一定發(fā)生在峰值應力過后的某一時刻，振鈴計數率、事件計數率和能量計數率的變化特征可反映試件損傷、破裂和破碎的發(fā)展過程和發(fā)生速率；累積振鈴計數的增長率在時間上表現出先增大后減小的發(fā)展特征，累積事件計數的增長率之相反，各加載階段聲發(fā)射信號參數表現的時域特征與力學變形破碎特征基本一致。

磁鐵礦原礦；單軸；破碎；力學過程；聲發(fā)射

巖石具有不均質性，內部存在微裂隙，外載荷作用或溫度變化時會出現應力集中，而巖石的破壞伴隨能量的積聚、轉化和耗散，巖石發(fā)生損傷破壞時應變能釋放產生瞬態(tài)彈性波，產生聲發(fā)射現象[1-4]。分析聲發(fā)射信號特征參數的變化規(guī)律可推演巖石的細觀破壞過程[5]，目前關于巖石損傷破壞聲發(fā)射特征及其應用的研究已取得大量成果。劉祥鑫等人進行了四種巖石的單軸加載聲發(fā)射試驗，運用波形轉換和建立人工神經網絡的方法提出不同巖石聲發(fā)射信號識別的方式[6]。高保彬等人研究了單軸壓縮過程中不同層位砂巖的聲發(fā)射特征，預測不同層位砂巖片幫的可能性[7]，另外基于單軸壓縮試驗對比研究了泥巖和砂巖的力學特性、聲發(fā)射特性和分形特性[8]。蘇承東等人在不同應力路徑的壓力試驗基礎上，系統地分析了煤巖變形破壞全過程的聲發(fā)射特征[9]。張朝鵬等人通過單軸壓力試驗揭示了煤巖受壓破壞過程中聲發(fā)射特征的層理效應[10]。劉?？h等人研究建立了煤巖單軸壓縮破壞過程中聲發(fā)射參數與破壞機制之間的關系[11]。張艷搏等人以聲發(fā)射信號的主頻和熵值為主要特征參數，進行干燥和保水煤矸石的單軸壓縮試驗，研究了煤矸石變形破壞聲發(fā)射前兆規(guī)律[12]。王璐等人進行了三軸壓縮條件下細砂巖滲透性和聲發(fā)射特征試驗，研究了細砂巖破壞過程中聲發(fā)射特征及其滲透性之間的關系[13]。許江等人借助自主研發(fā)的煤巖雙面剪切裝置，深入研究了雙面剪切載荷作用下，砂巖破壞過程聲發(fā)射特性與含水率的變化關系[14]。李天一等人以核廢料地下處置庫安全防護工程為背景，研究了直接與間接拉伸條件下花崗巖破壞全過程的聲發(fā)射特征[15]。李示波等人在利用聲發(fā)射技術進行采空區(qū)地壓災害實時監(jiān)測的基礎上，分析了采空區(qū)圍巖地壓活動聲發(fā)射信息的變化規(guī)律，制定了有效的預警預報制度[16]。

巖石破壞過程中聲發(fā)射特性的研究基本是以巖體失穩(wěn)預警及防護為目的進行的，涉及鐵礦石破碎過程中聲發(fā)射特性的研究較少。我國的貧鐵礦約占鐵礦石總儲量的98.5%，原礦碎磨能耗占選礦廠總能耗40%～80%。鐵礦石一般是結構、構造復雜的堅硬巖石，了解磁鐵礦原礦破碎特性對改進碎礦工藝、降低破碎能耗和成本有重要的指導意義。擠壓破碎是礦石破碎的主要作用之一，利用TAW-3000電液伺服巖石試驗機和PCI-2聲發(fā)射系統進行磁鐵礦原礦單軸擠壓破碎的聲發(fā)射探測試驗，分析磁鐵礦原礦擠壓破碎的力學過程和聲發(fā)射特性。

1　磁鐵礦單軸擠壓破碎試驗

在水廠鐵礦爆破現場隨機取樣，將爆破后的不規(guī)則原礦切削、打磨，加工成標準試件，試件編號及尺寸見表1。利用TAW-3000常規(guī)三軸試驗機進行單軸壓縮試驗，使用美國物理聲學PCI-2聲發(fā)射系統監(jiān)測磁鐵礦原礦變形、損傷、破壞時的聲發(fā)射信號。試驗前統一設置ATW-3000常規(guī)三軸試驗機控制主機和PCI-2聲發(fā)射系統主機的時間，試件預加載結束后同時啟動壓力機位移加載和聲發(fā)射監(jiān)測，試件完全破碎后同時停止加載和聲發(fā)射監(jiān)測，導出并保存試驗的力學數據和聲發(fā)射數據。

加載方式：首先施加預載荷3KN，然后柔性位移控制加載，加載速率0.0025mm/s，試驗機自行記錄負荷、位移時間等參數，同步繪制荷載位移曲線。

聲發(fā)射監(jiān)測方式：聲發(fā)射監(jiān)測使用2套探測裝置，傳感器固定在前后兩個面的中心位置，探頭與試件之間用凡士林涂抹耦合。聲發(fā)射信號經放大轉換成電信號，PCI-2聲發(fā)射系統對電信號進行處理，并自動計數、波形采集與分析和聲發(fā)射參數存儲等。加載前后試件的狀態(tài)見圖1。

表1　試件的編號及尺寸/mm

圖1　加載前后試件的狀態(tài)

2　磁鐵礦原礦擠壓破碎力學過程

采場爆破時，爆轟氣體膨脹與應力波共同作用壓縮、切割、拉伸磁鐵礦，使磁鐵礦成為不規(guī)則塊狀巖體。磁鐵礦受爆轟應力的作用，內部產生一定的損傷，構造發(fā)生改變；拋擲過程中，塊狀磁鐵礦受到高速撞擊產生的沖擊應力，塊狀磁鐵礦發(fā)生二次破碎或內部損傷進一步發(fā)展。因此，爆破后磁鐵礦原礦破碎力學性質與爆破前相比會發(fā)生較大的改變。圖2是磁鐵礦原礦單軸壓縮條件過程中應力應變曲線，根據應力應變曲線將磁鐵礦原礦單軸擠壓破碎過程劃分成5個階段：裂隙壓密階段、彈性變形階段、裂隙擴展階段、裂隙貫通與破裂階段、試件破碎階段。

圖2　應力應變曲線

裂隙壓密階段的變形量較大，占試件破碎過程總變形量的45%左右，說明爆破后的磁鐵礦原礦標準試件內部裂隙是充分發(fā)育的，驗證了上述討論的正確性，此階段試件承受的應力范圍為峰值應力的0～45%。

彈性變形階段變形量占總變形量8.3%～16.7%，試件繼續(xù)被壓縮。彈性階段內的應力范圍為峰值應力的41%～76%，高于一般堅硬巖石在彈性階段內的應力范圍[17]。

裂隙擴展階段開始時即出現應力的突然降低和升高，說明試件局部產生突然破壞，可推斷原有縱向宏觀裂隙的存在，且在壓密階段和彈性階段裂隙的壓密伴隨著新裂隙的孕育和原生裂隙的逐漸擴展。此階段應力范圍為峰值應力的71%～94.4%，高于一般堅硬巖石在裂隙發(fā)生于擴展階段的應力范圍[17]，變形量占總變形量的16%～22%。

裂隙貫通與破裂階段試件承受的應力達到強度極限，應力范圍為強度極限的71%～100%，而應變范圍僅占總應變的8.2%～10%。

破碎階段試件仍有較高的殘余強度，繼續(xù)對試件伺服加載，得到峰后應力應變曲線，從應力應變曲線可以看出，峰值應力過后試件破壞到破碎的過程中仍發(fā)生一定應變，應變范圍占總應變的4.8%～6.5%。

3　磁鐵礦單軸擠壓破碎聲發(fā)射特征

為全面反映磁鐵礦原礦單軸擠壓破碎過程的聲發(fā)射特征，分析了聲發(fā)射振鈴計數率、事件計數率、能量計數率、累積振鈴計數、累積事件計數和累積能量計數等6個參數的變化規(guī)律。振鈴計數是傳感器感受撞擊事件產生振鈴所形成的超過閾值電信號振蕩次數，用于評價聲發(fā)射的活動性。事件計數是撞擊鑒別出來的材料局部變化次數，反映聲發(fā)射事件的總量和頻度。能量計數是指單位時間內超過閾值的聲發(fā)射事件能量的總和，反映事件的相對能量與強度。

3.1振鈴計數率的變化特征

圖3是磁鐵礦原礦單軸加載過程中振鈴計數率隨時間的變化規(guī)律。

在裂隙壓密階段前50s的時間范圍內，振鈴計數率處于較高水平，CTDJX2振鈴計數率最大值可達1.5×105個/s，CTDJX4振鈴計數率最大值為8×104個/s，CTDJX6振鈴計數率最大值為2.5×104個/s，隨后出現先緩慢下降后緩慢上升的變化。CTDJX4在0～280s時間范圍內出現先上升后下降的變化趨勢，CTDJX6在0～140s時間內變化最小。三個試件分別加載至270s、300s和250s時，振鈴計數率發(fā)生突然增大，預示著壓縮階段結束，試件進入彈性階段。在壓縮階段前期CTDJX2和CTDJX4聲發(fā)射水平較高說明試件內部原生裂隙發(fā)育，CTDJX6在190～250s的時間范圍內發(fā)生兩次突變，是由于內部較大規(guī)模裂隙壓密造成的。

進入彈性階段后，CTDJX2振鈴計數率處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，到340s時出現突然增大；CTDJX4振鈴計數率出現瀑布式下降，在380s左右出現突然上升和快速下落，而后出現50s的相對穩(wěn)定期，到430s時從較高的計數率水平又突然增大；CTDJX6在250～300s的試件范圍內振鈴計數率發(fā)展較為穩(wěn)定，在300～320s時出現大幅度的上升和下降，應力應變曲線出現折斷式變形，試件產生明顯的斷裂響聲彈性階段末期振鈴計數率的大幅度變化表示試件內部裂隙開始發(fā)生擴展，試驗進入裂隙擴展階段。

在裂隙擴展階段，振鈴計數率處于上升或間歇式上升的狀態(tài)，CTDJX2從350s開始穩(wěn)定上升，應力應變曲線出現下凹彎曲變化，到380s出現急速回落，試件發(fā)出微弱的劈裂聲音，之后振鈴計數率穩(wěn)定上升，到440s時出現再次回落；CTDJX4振鈴計數率呈穩(wěn)定上升態(tài)勢，在530s時開始下降；CTDJX6振鈴計數率在320～370s的時間范圍內持續(xù)上升，之后出現一定程度的下降，裂隙擴展階段末期振鈴計數率下降預示裂隙不穩(wěn)定發(fā)展。

圖3　振鈴計數率隨加載時間的變化規(guī)律

裂隙貫通與破裂階段前期，振鈴計數率出現不同程度的增長，之后呈跳躍式變化，應力應變曲線迅速下降，試件發(fā)出高頻清晰的劈裂聲，CTDJX2振鈴計數率的變化范圍為1.2×105～2×105個/s；CTDJX4振鈴計數率的變化范圍為7×104～1.5×105個/s；CTDJX6振鈴計數率的變化范圍為1.2×104～2.1×105個/s；在本階段末期，振鈴計數率均出現短時間密集下降，此時試件完全破裂。對破裂的試件繼續(xù)加壓，CTDJ×2試件在0～15s的時間內迅速被壓碎，由于探頭松動，沒有采到振鈴信號；CTDJX4和CTDJX6采集的振鈴信號呈直線式下降。CTDJX4在整個加載過程中發(fā)生多次片幫，振鈴計數率的變化幅度加大，但基本上反映了該試件壓碎過程中聲發(fā)射特征。

3.2事件計數率的變化特征

圖4顯示，事件計數率隨時間整體呈現先上升后下降的變化特征，在加載后期，事件計數率降低到最低水平。裂隙壓密階段的前50s，CTDJX2事件計數率浮動范圍較大，數值較為離散，主要呈上升趨勢；CTDJX4事件計數率迅速上升到800個/s左右，然后保持一段時間的穩(wěn)定；CTDJX6事件計數率呈拋物線上升至600個/s。CTDJX2事件計數率在50～230s的時間段內事件計數率首先急速上升，然后在800～1000個/s范圍內緩慢上升；CTDJX4在50～300s的時間段內以一定的速率，在700～1000個/s范圍內緩慢上升；CTDJX6在50～230s的時間段內呈先小幅度下降后大幅度上升的變化特征，最高事件計數率可達1300個/s。事件計數率的增大反映試件局部活動密度的增大，表現出在裂隙壓密階段，隨著加載時間的延長和載荷的增大，裂隙壓密的速率逐漸加快。

進入彈性階段后，事件計數率整體出現下降的變化趨勢，CTDJX2在230～340s的范圍內，事件計數率下降至100個/s，其中在270s左右下降至接近0的水平，而后在5s時間內迅速上升到900個/s；CTDJX4在300～440s的時間段內表現出s形變化，在330s和445s左右降至0水平；CTDJX6在230～300s的范圍內處于跳躍式下降，數據較為離散，在300s左右降至0水平。在彈性階段，事件計數率從最高水平逐漸降至最低水平，該過程出現聲發(fā)射事件說明彈性階段繼續(xù)進行著原生裂隙的壓密，只是這些事件的數量逐漸減少，同時有可能出現新裂隙間歇式的萌生。

進入裂隙擴展階段時，事件計數率出現了不同程度的上升和下降。CTDJX2在340～355s的時間范圍內事件計數率出現快速上升，在355～380s的范圍內快速下降至0水平，在380～450s的時間范圍內出現了小幅度的上升和下降，在這個過程中應力應變曲線出現了彎曲；CTDJX4在440～460s的時間范圍內事件計數率急速上升，在460～540s的時間范圍內出現了瀑布式下降，在這個過程中應力應變曲線出現了曲折和彎曲，產生劈裂聲；CTDJX6在300～335s的時間范圍內事件計數率急速上升，在335～360s的時間范圍內出現快速下降，應力應變曲線出現嚴重曲折和彎曲，產生明顯的劈裂聲。在本階段初期，試件內部能量積聚到一定程度而快速釋放裂隙擴展速度較快、密度大，導致事件計數率快速上升；后期裂隙擴展穩(wěn)定，部分裂隙由于能量已經釋放不再擴展，而出現了事件計數率下降的現象。

圖4　事件計數率隨時間的變化規(guī)律

在裂隙貫通和破裂階段，事件計數率基本上處于最低水平。CTDJX2和CTDJX6的事件計數率均小于50個/s，而CTDJX4的事件計數率出現波浪式較大范圍的浮動。此階段加載過程中，CTDJX2和CTDJX6間斷的出現清晰的劈裂聲，CTDJX4則出現持續(xù)的片幫剝落，且有細小碎石崩出。裂隙貫通和破裂階段，試件破壞能量較大但事件發(fā)生的頻率相對較低。磁鐵礦原礦破碎階段CTDJX4和CTDJX6事件計數率出現大幅度躍升，CTDJX2由于探頭脫落未能記錄事件計數率。試件破碎時，內部發(fā)生大規(guī)模的宏觀脆斷，破裂面之間發(fā)生劇烈摩擦，碎塊之間發(fā)生擠壓碰撞，導致聲發(fā)射事件發(fā)生的頻率快速升高。

3.3能量計數率的變化特征

圖5為聲發(fā)射能量計數率隨時間的變化規(guī)律圖，加載過程中能量計數率表現出較好的規(guī)律性，在試件發(fā)生顯著損傷時，能量計數率發(fā)生較大幅度的躍升。

裂隙壓密階段，試件處于儲存能量的階段，由于裂隙壓密而釋放的能量極少，試件的能量計數率處于最低水平。將各典型試件能量計數率在彈性階段、裂隙擴展階段、裂隙貫通與破裂階段和壓碎階段的變化特征進行分析：

3.3.1CTDJX2試件

CTDJX2加載到230s時能量計數率開始增大，由于試件的不均質性在280s時試件表面局部破壞，能量計數率發(fā)生一次跳躍，340s時能量計數率增長速率變大，230～340s的時間內CTDJX2處于彈性變形階段；在340～390s的時間范圍內，能量計數率以較大的速率上升，在390s上升幅度最大，而后能量計數率快速降低，在400～430s時回到穩(wěn)定發(fā)展狀態(tài)，能量計數率的快速升高說明在大范圍裂隙發(fā)生了擴展，此階段為裂隙擴展階段；430～500s的時間范圍內，試件不斷發(fā)出清晰的劈裂聲，能量計數率發(fā)生密集式跳躍，說明裂隙發(fā)生貫通，宏觀破裂面已經形成，500s時刻的能量計數率整個壓縮過程的最高值，在時間上滯后于峰值應力；在500s以后，試件被壓碎，應力應變曲線直線式下降，聲發(fā)射探頭脫落，沒有監(jiān)測到聲發(fā)射信號。

3.3.2CTDJX4試件

CTDJX4在330s能量計數率發(fā)生較大的跳躍，隨著加載的進行，在330～440s的時間范圍內能量計數率雖發(fā)生小范圍浮動，但整體處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，此階段為CTDJX4的彈性變形階段；440～470s的時間范圍內，能量計數率出現快速上升和下降，試件發(fā)生劈裂聲，產生較大損傷，450s時刻的能量計數率是加載階段的最高值，在470～530s的范圍內，能量計數率在較低的水平穩(wěn)定增長，能量計數率上升、下降再上升的過程說明裂隙發(fā)生先快后慢再變快的擴展變化，能量計數率的變化反映出裂隙擴展的密集度和擴展程度；530～600s的時間范圍內，能量計數率呈現跳躍式變化，試件持續(xù)發(fā)生劈裂聲，試件內的裂隙發(fā)生貫通，形成近似均勻分布縱向破裂面；在600～630s的時間范圍內，能量計數率首先出現密集的波動，之后降到0水平，反應了試件內部的能量已經大量釋放，試件受載壓碎，處于最后的破碎階段。

圖5　能量計數率隨時間的變化規(guī)律

3.3.3CTDJX6試件

CTDJX6在230s開始能量計數率出現上升態(tài)勢，到290s時上升速率突然變大，此階段內平均上升速率較小，CTDJX6發(fā)生彈性變形；在290～320s的時間范圍內，能量計數率出現快速的躍升和降落，試件發(fā)出清晰的劈裂聲，試件內部發(fā)生顯著損傷，在320～410s能量計數率出現先上升后下降的變化，此間部分時刻能量發(fā)生躍升，試件處于裂隙擴展階段，CTDJX6裂隙擴展持續(xù)的時間較長，釋放的能量較大；410～480s的時間范圍內，能量計數率持續(xù)上升，在峰值應力出現的時刻和峰值應力過后約20s的時刻，能量計數率出現兩次大幅度躍升，峰值應力過后的能量計數率躍升到加載階段的最大值，試件內部裂隙貫通，儲存的能量快速大量釋放，試件完全破壞；480～500s的時間范圍內，能量計數率迅速下降，試件發(fā)生破碎。

3.4聲發(fā)射信號特性參數累積計數分析

根據聲發(fā)射信號的監(jiān)測結果，計算磁鐵礦原礦擠壓破碎過程的累積振鈴計數、累積事件計數和累積能量計數，繪制累積振鈴計數、累積事件計數和累積能量計數隨時間的變化曲線，如圖6所示。隨著加載時間的延長累積振鈴計數、累積事件計數和累積能量計數表現出持續(xù)增長的變化規(guī)律，但不同的加載階段，累積計數曲線的增長率不同。計算不同擠壓破碎階段聲發(fā)射信號特性參數累積計數的增長率，結果如表2所示，表中累積振鈴計數和累積事件計數變化率的單位為個/秒，累積能量計數變化率的單位s-1。

圖6　聲發(fā)射信號特性參數累積計數發(fā)展趨勢

由表2可知，隨著加載時間的延長和不同加載階段的轉變，累積振鈴計數增長率的發(fā)展趨勢是先增大后減小，累積事件計數增長率表現出先減小后增大的發(fā)展趨勢，累積能量計數增長率則整體表現出線性增大的變化趨勢。累積振鈴計數和累積事件計數增長率受加載過程和試件損傷破裂程度的控制，累積能量計數是試件損傷產生時聲發(fā)射相對能量在時間上的疊加，試件損傷破裂程度越劇烈，累積能量計數的增長速率越大，聲發(fā)射信號累積參數增長速率的變化可以反映試件內部損傷破壞的劇烈程度。

3.5聲發(fā)射時域特征分析

根據聲發(fā)射信號參數變化特征的分析結果，可知不同加載階段聲發(fā)射具有明顯的時域特征，統計不同加載階段的時間分布，計算各加載階段的時間比例，如表3所示。

裂隙壓縮階段時間占加載總時間的43.4%～52.4%，彈性變形階段試件占加載總時間的12%～22.2%，裂隙擴展階段的時間比例為14.3%～24%，裂隙貫通劈裂階段的時間比例為9.4%～14%，壓碎階段的時間比例為4%～6%。隨著試驗機加載的進行，各加載階段的時間比例總體上是逐漸減小的，而彈性變形階段和裂隙擴展階段的時間比例相近。比較可知，通過聲發(fā)射特征分析得出不同加載階段的時間比例和力學過程分析的變形比例是基本一致的。

表2　聲發(fā)射信號參數累積計數的增長率

表3　加載過程的時間分布與比例

4　結　論

1)磁鐵礦原礦單軸擠壓破碎試驗過程可劃分為5個階段，裂隙壓密階段、彈性變形階段、裂隙擴展階段、裂隙貫通與破裂階段、試件破碎階段。不同加載階段產生的變形比例差別較大，其中裂隙壓密階段的變形量占總變形量的45%左右，彈性變形階段和裂隙擴展階段的應力范圍與峰值應力的比例高于一般堅硬巖石在相應階段的應力比。試件壓碎過程中，試件變形不受加載控制，應力應變曲線快速下降，發(fā)生完全破碎解離。

2)聲發(fā)射信號參數的變化可以反映磁鐵礦原礦內部破壞過程，不同的加載階段，聲發(fā)射信號參數的變化過程不一樣。加載過程中聲發(fā)射信號參數發(fā)生多次波動，加載階段發(fā)生轉變時，聲發(fā)射信號參數總會表現出大幅度上升或下降，之后出現一個相對平靜期。振鈴計數率和事件計數率的變化規(guī)律相反，而能量計數率在事件內部發(fā)生顯著損傷時會發(fā)生躍升現象。

3)磁鐵礦原礦內部原生裂隙發(fā)育，裂隙壓縮階段原生裂隙壓縮速率先快后慢；彈性階段部分原生裂隙繼續(xù)被壓縮，同時出現新裂隙的萌生；裂隙擴展出現了先快后慢的變化過程，這主要由于試件彈性變形后存儲的應變能快速釋放促進了裂隙的擴展，隨著彈性能的釋放，試件內局部應力集中得到了緩解，裂隙擴展速率變慢；裂隙貫通與破裂階段試件內部的應變能得到最大程度的釋放，但裂隙貫通發(fā)生聲發(fā)射活動的頻率遠小于裂隙壓縮聲發(fā)射活動。

4)累積振鈴計數增長率在時間上表現出先增大后減小的發(fā)展特征，累積事件計數的增長率與之相反，二者的加載速率受加載過程和試件損傷程度的控制，由于應變能釋放速率逐漸加快，累積能量計數的增長速率一直增大；磁鐵礦原礦不同加載階段聲發(fā)射信號參數表現的時域特征與荷載變形特征基本一致。

[1]吳賢振，劉建偉，劉祥鑫，等.巖石聲發(fā)射振鈴累計計數與損傷本構模型的耦合關系探究[J].采礦與安全工程學報，2015(1)：28-34，41.

[2]W.C.Ko，C.W.YU.ApplicationofGutenberg-RichterrelationinAEdataprocessing[J].InternationalJournalofAppliedScienceandEngineering，2009：69-68.

[3]周喻，吳順川，許學良，等.巖石破裂過程中聲發(fā)射特性的顆粒流分析[J].巖石力學與工程學報，2013(5)：951-959.

[4]紀洪廣，盧翔.常規(guī)三軸壓縮下花崗巖聲發(fā)射特征及其主破裂前兆信息研究[J].巖石力學與工程學報，2015(4)：694-702.

[5]楊永杰，王德超，郭明福，等.基于三軸壓縮聲發(fā)射試驗的巖石損傷特征研究[J].巖石力學與工程學報，2014(1)：98-104.

[6]XiangxinLIU，ZhengzhaoLIANG，YanboZhang，etal.Acousticemissionsignalrecognitionofdifferentrocksusingwavelettransformandartificialneuralnetwork[J].ShockandVibration，2015，2015：1-14.

[7]高保彬，李林，李回貴，等.不同層位砂巖單軸壓縮過程中的聲發(fā)射特征研究[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2014(7)：49-53.

[8]高保彬，李回貴，李化敏.不同破壞類型巖石的聲發(fā)射及分形特征研究[J].地下空間與工程學報，2015(2)：358-363.

[9]蘇承東，高保彬，南華，等.不同應力路徑下煤樣變形破壞過程聲發(fā)射特征的試驗研究[J].巖石力學與工程學報，2009(4)：757-766.

[10]張朝鵬，張茹，張澤天，等.單軸受壓煤巖聲發(fā)射特征的層理效應試驗研究[J].巖石力學與工程學報，2015(4)：770-778.

[11]張艷博，梁鵬，劉祥鑫，等.基于聲發(fā)射信號主頻和熵值的巖石破裂前兆試驗研究[J].巖石力學與工程學報，2015(S1)：2959-2967.

[12]劉保縣，黃敬林，王澤云，等.單軸壓縮煤巖損傷演化及聲發(fā)射特性研究[J].巖石力學與工程學報，2009(S1)：3234-3238.

[13]王璐，劉建鋒，裴建良，等.細砂巖破壞全過程滲透性與聲發(fā)射特征試驗研究[J].巖石力學與工程學報，2015(S1)：2909-2914.

[14]許江，劉義鑫，劉婧，等.雙面剪切荷載作用下巖石斷裂過程聲發(fā)射特性研究[J].巖石力學與工程學報，2015(S1)：2659-2664.

[15]李天一，劉建鋒，陳亮，等.拉伸應力狀態(tài)下花崗巖聲發(fā)射特征研究[J].巖石力學與工程學報，2013(S2)：3215-3221.

[16]李示波，李占金，張洋，等.聲發(fā)射監(jiān)測技術用于采空區(qū)地壓災害預測[J].金屬礦山，2014(3)：152-155.

[17]趙文.巖石力學[M].北京：清華大學出版社，2010：13-14.

Mechanics process and acoustic emission characteristics of raw magnetite ore under uniaxial extrusion fragmentation

GANDe-qing1，3，GANZe2，ZHANGYun-peng1，3，ZHANGYa-bin1，3

(1.CollegeofMiningEngineering，NorthChinaUniversityofScienceandTechnology，Tangshan063009China；2.DepartmentofScienceandTechnology，NorthChinaUniversityofScienceandTechnology，Tangshan063009China；3.MiningDevelopmentandSafetyTechnologyKeyLabofHebeiProvince，Tangshan063009China)

Inordertostudyontheextrusionfragmentationmechanismofrawmagnetiteore，uniaxialextrusionfragmentationexperimentswerecarriedoutwiththeuseofATW-3000ElectricHydraulicServoRockTri-axialTextMachineandPCI-2AcousticEmissionTestSystemtoanalyzemechanicsprocessandacousticemissioncharacteristicsintests.Theresultsshowthatdeformationinfracturecompressionphaseis45%oftotaldeformation，stressratiorangesofpeakstressesincompressionphaseandelasticdeformationphasearelargerthangeneralhardrock’sratiorangesinthesamephases.Whentheloadingphaseconverts，acousticemissionriseordescendonalargescale，andthentherewouldbeaperiodofcalm.Thechangelawsofring-downcountrateareincontrastwiththechangelawsofeventcountrate.Thejumpofenergycountrateexpressesnotabledamageinnerspecimens，themaximumofenergycountratedoesn’talwaysappearatsometimeafterpeakstress.Theprogressandspeedofdamage，fractureandfragmentationcanbereflectedwithchangelawsofring-downcountrate，eventcountrateandenergycountrate.Thegrowthrateofcumulativering-downcountrateincreasefirstlyandthendecreasealongwithloadingtime，withwhichthegrowthrateofcumulativeeventcountrateisincontrast，timedomaincharacteristicsexpressedbyAEsignalparametersofeachloadingphasearesimilartomechanicalcharacteristicsdeformationandfragmentation.

rawmagnetiteore；uniaxial；fragmentation；mechanicalprocess；acousticemission

2016-01-20

國家自然科學基金項目資助(編號：51374087)；河北省高等學?？茖W技術研究重點項目資助(編號：ZD2014037)；河北省自然科學基金項目資助(編號：E2013209328)

甘澤(1988-)，男，漢族，華北理工大學助教，從事電氣工程方面研究。

TU45

A

1004-4051(2016)08-0135-08