煤岩体破裂过程中声发射行为及时空演化机制_左建平

动静载荷下岩石声发射特性试验章思平;赵伏军;叶洲元;李玉;樊勇【摘要】利用RMT-150C静载岩石力学试验系统和SPHB冲击试验系统,分别对花岗岩、大理岩和白砂岩进行了单轴压缩试验和冲击试验.试验过程中,检测声发射(AE)信号,得到了3种岩石试样在静载和动载下的声发射能量特征参量.结果表明:静载加载方式下岩石声发射行为演化过程大致相似,可划分为Ⅰ平静期、Ⅱ提速期、Ⅲ加速期以及Ⅳ峰值期;而动载作用下可划分为Ⅰ能量积聚时期和Ⅱ能量释放时期;静载作用下,岩样的提速期的能量是平静期的能量的17倍、6倍、4倍,加速期的能量较之提速期又提高了4.7倍、3.2倍、2.1倍;静载作用下的平静期和动载下的前期都是为岩石破坏积聚能量.【期刊名称】《矿业工程研究》【年(卷),期】2018(033)001【总页数】5页(P1-5)【关键词】声发射;SPHB;动静载荷;能量;声发射能量率【作者】章思平;赵伏军;叶洲元;李玉;樊勇【作者单位】湖南科技大学资源环境与安全工程学院,湖南湘潭411201;湖南科技大学资源环境与安全工程学院,湖南湘潭411201;湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室,湖南湘潭411201;湖南科技大学资源环境与安全工程学院,湖南湘潭411201;湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室,湖南湘潭411201;湖南科技大学资源环境与安全工程学院,湖南湘潭411201;湖南科技大学资源环境与安全工程学院,湖南湘潭411201【正文语种】中文【中图分类】TD315岩石在外力作用下,其内部原有的裂隙开始闭合、扩展和贯通,并产生新的裂隙,在此过程中有部分能量以弹性波的形式释放出来,这种现象称之为声发射[1].在岩石力学的试验中声发射技术已被广泛应用,我国学者陈颙[2]早在20世纪70年代就开始了室内的岩石声发射试验研究.文圣勇等[3]利用岩石三轴伺服试验机,对砂岩进行了单轴压缩试验,研究砂岩在不同含水率下的声发射特性,得到了声发射振铃计数与含水率有存在明显的关系.左建平等[4]利用MTS岩石试验机对岩体、煤体和煤岩组合体进行了声发射特性试验,发现煤岩组合体的声发射数比岩石单体的声发射数要高并且声发射的空间分布受煤体内部结构和其内部原有的裂隙影响.任松等[5]通过改变荷载值、加载速率等试验条件来研究盐岩声发射特征参数的变化,发现荷载上限应力的增加导致盐岩的声发射振铃数明显提高,而下限应力对此几乎无影响.纪洪广等[6]在单轴压缩和三点弯曲下对混凝土试块进行声发射特性试验,通过对声发射特征参数的分析,发现混凝土试块的断裂演化过程与声发射信号特征曲线有较好一一对应关系.综合上述学者对岩石声发射活动的研究,我们发现上述研究以静载声发射为主,动载声发射试验研究次之,而进行动静载荷下的声发射特性的对比试验研究则几乎没有[7-12].因此,开展动静载荷作用下岩石声发射试验研究,对于丰富岩石破碎理论、提高岩石破碎技术和促进深部矿井的开发具有一定指导意义.1 试验概况1.1 试样制备试验所用岩样均是分别从同块完整性及均质性较好的花岗岩、大理岩、白砂岩中切割提取.单轴压缩下所采用的岩石样试样为50 mm×100 mm(直径×长)的标准圆柱体试样,而冲击试验下岩样尺寸的不同会对试验结果产生影响,因此动载下的岩石试样均加工成50 mm×50 mm(直径×长)圆柱体.动静载荷下每种类型的岩石试样均加工5个且保证岩石试样上下表面的不平行度和不垂直度均小于0.01 mm.1.2 试验方案图1 RMT-150C岩石力学试验系统单轴压缩试验在如图1所示的RMT-150C岩石力学试验系统上进行,所采用的加载方式为轴向位移加载,设定的加载速率为0.01 mm/s,单轴压缩试验直至岩石试样破坏后停止.冲击试验在如图2所示霍普金森(SHPB)压杆实验系统下进行,冲击试验装置由锥形冲头、入射杆、透射杆等组成.将试样放置在入射杆和透射杆之间,锥形冲头被高压氮气冲出,作用于入射杆,产生应力脉冲,在入射杆、试样和透射杆三者间传播,当岩石试样内部积聚的能量达到一定值时,岩石试样破坏,冲击试验停止.其中采用的高压氮气均为1 MPa,以保证试样所受的冲击动力一致.在进行动静载荷下的岩石破坏试验时,在此期间同时接收试验过程中的声发射信号.声发射信号的接收采用AEwin-USB型声发射检测系统.为保证采集数据的一致性,将动静载荷下的声发射检测器门槛值设定为50 dB,采样率设定为10 Msps,选定全局波形采集.图2 SHPB试验装置2 试验结果分析2.1 常规单轴压缩下岩石声发射特性分析不同类型岩样在单轴压缩破坏过程中载荷、能量、声发射能量率随时间演化如图3所示.根据岩石失稳破坏过程中时间-能量变化曲线形态可以将整个过程划分为4个时期:Ⅰ平静期,从开始加载至弹性变形全过程结束,仅仅发生原有裂隙和孔隙的压缩、闭合,因而此时期能量释放率相对较小,能量相对于总数未出现明显变化;Ⅱ提速期,当载荷增加到岩石屈服强度时,岩石内部出现损伤、裂隙开始发育及扩展,岩石处于损伤的塑性变形阶段,声发射活动较为活跃,声发射能量率开始增加,总能量曲线斜率开始增加;Ⅲ加速期,此阶段岩石内部裂隙扩展、贯通,岩石开始出现宏观破坏,应变能大量的释放,促使总能量急剧增加,并将能量达到平静期的几十倍;Ⅳ峰值期,随着载荷的进一步增加,试样内部除了原有裂隙的扩展,并且产生大量新裂纹,裂纹汇合、贯通,导致试样出现宏观破坏,裂纹之间相互作用加剧,声发射率和总能量迅速增加,并达到各自的峰值.图3 单轴压缩下岩石声发射参数演化过程根据图3所示的载荷-时间、能量-时间和能量率-时间曲线,得到静载作用下岩石的特征参数,如表1所示.表1 静载作用下岩石特征参数岩石类型载荷峰值/kN能量率峰值/(kJ/s)能量峰值/MJ各时期占破岩时间百分比/%平静期加速期提速期峰值期花岗岩370.04.205.915.637.339.77.4大理岩206.03.002.124.042.026.08.0白砂岩58.61.050.138.427.021.313.32.2 冲击载荷下岩石声发射特性分析不同类型岩样在动载作用下,应力、声发射能量率随时间的变化如图4所示.根据岩石失稳破坏过程中时间-应力、时间-能量率变化曲线形态可以将整个过程划分为2个时期:Ⅰ能量积聚时期,冲击试验以恒定气压的氮气冲击锥形冲头,锥形冲头撞击入射杆,能量以应力脉冲形式在入射杆、试样和透射杆三者间传递,在此期间能量以应力脉冲的形式积聚于试样内部;Ⅱ能量释放时期,当岩石内部积聚的能量达到岩石承受极限值时,岩石内部裂纹迅速扩展、贯通,岩石出现宏观破坏发生明显的脆性崩裂,在此时期能量率达到最大值.图4 冲击荷载下岩石声发射特征曲线根据图4岩石在动载作用下的特征曲线和划分的时期,可以得到如表2所示的特征参数.表2 冲击试验下岩石的特征参数岩石类型应力峰值/MPa声发射能量率峰值/(kJ/s)各时期占破岩时间百分比/%能量积聚时期能量释放时期花岗岩170.023.0093.07.0大理岩86.019.8089.011.0白砂岩34.08.3073.027.02.3 动静载荷下声发射特性分析根据表1所列数据,计算得到花岗岩、大理岩的能量分别是白砂岩能量的59倍、21倍.从实验结果可以得到,岩石的强度越大,在静载作用下破岩所消耗的时间越长,岩石破坏释放的能量越大.岩石在静载作用下可以划分为4个不同时期.平静期的能量相对于总数无明显变化;加速期的能量相对于平静期能量有明显变化,花岗岩、大理岩、白砂岩加速期的能量分别为其平静期能量的17倍、6倍和4倍;3种岩石提速期的能量相对于加速期的能量提高了4.7倍、3.2倍、2.1倍;岩石在峰值期的能量率、能量达到最大值.冲击载荷作用下岩石的破岩时间较之静载非常短,因而动载能量不能与静载的能量相比较.依据能量的积聚和释放将动静载荷相联系起来.动载作用下的能量积聚时期与静载下的平静期对岩样的整个声发射活动作用相类似,都是将岩石破坏所需的能量以一定的形式积聚于岩石内部.而能量释放的具体特征表现就是声发射信号的增加,静载下岩石的声发射信号经过加速期、提速期和峰值期将能量逐步释放,而冲击载荷作用下,由于破岩时间非常短,岩石达到其所承受极限时,岩石瞬间发生破坏,积聚的能量释放,声发射活动的特征参量达到最大值.根据图3和图4可以得到,在不同加载方式下,同一类型岩样其声发射信号存在较大的差异;而在相同加载方式下,不同类型岩样虽然由于个体的差异导致声发射信号量有所不同,但其声发射信号特征参量的趋势都是一致的.3 结论1)动静载荷下作用岩石的声发射特性有明显不同.单轴压缩下声发射活动可分:平静期、提速期、加速期及峰值期4个时期,而冲击载荷作用下的声发射活动分为能量积聚时期和能量释放时期.2)静载作用下,试验得到花岗岩、大理岩、白砂岩在提速期的能量分别为平静期能量的17倍、6倍、4倍,加速期的能量相比于提速期的能量提高了4.7倍、3.2倍、2.1倍.3)不同加载方式下,同一岩石其声发射信号存在较大的差异;相同加载方式下,不同类型岩样声发射信号量有所不同,但其声发射信号特征基本是一致的.参考文献:【相关文献】[1] 张俊哲.无损检测技术及其应用[M].北京:科学出版社,2010.[2] 陈颙.声发射技术在岩石力学研究中的应用[J].地球物理学报,1977,20(4):312-322.[3] 文圣勇,韩立军,宋义江,等.不同含水率红砂岩单轴压缩试验声发射特征研究[J].煤炭科学技术,2013,41(8):46-48.[4] 左建平,裴建良,刘建锋,等.煤岩体破裂过程中声发射行为及时空演化机制[J].岩石力学与工程学报,2011,30(8):1564-1570.[5] 任松,白月明,姜德义,等.周期荷载作用下盐岩声发射特征试验研究[J].岩土力学,2012,33(6):1613-1620.[6] 纪洪广,王基才,单晓云,等.混凝土材料声发射过程分形特征及其在断裂分析中的应用[J].岩石力学与工程学报,2001,20(6):801-804.[7] 秦四清,李造鼎,张倬元,等.岩石声发射技术概论[M].成都:西南交通大学出版社,1993:57-78.[8] 赵毅鑫,姜耀东,祝捷,等.煤岩组合体变形破坏前兆信息的试验研究[J].岩石力学与工程学报,2008,27(2):339-346.[9] 刘希灵,李夕兵,宫凤强,等.露天开采台阶面下伏空区安全隔离层厚度及声发射监测[J].岩石力学与工程学报,2012,31(s1):3357-3362.[10] 李庶林,尹贤刚,王泳嘉,等.单轴受压岩石破坏全过程声发射特征研究[J].岩石力学与工程学报,2004,23(15):2499-2503.[11] 饶蒙,刘希灵,潘梦成,等.动静载荷下岩石声发射特性的对比研究[J].世界科技研究与发展,2016,38(4):783-787.[12] 孟磊,王宏伟.含瓦斯煤破裂过程中声发射行为特性的研究[J].煤炭学报,2014,39(2):377-383.。

岩体破裂变形过程中AE时序特征研究
何建平;王宁
【期刊名称】《矿业研究与开发》
【年(卷),期】2006(26)6
【摘要】对室内岩石声发射试验的事件率与应力关系曲线、事件时序分布进行了分析,研究了岩体破裂变形过程与声发射事件时序分布特征之间的相关规律。

现场监测结果表明,岩体破裂变形过程中的声发射信号是随机的,非周期性的,随着地质环境等改变而改变;岩体声发射事件主频时序参数突变,由小突然增大,或是在连续增加时突然减少,都是临近破坏的征兆,可作为预测、预报岩体破裂失稳的依据。

【总页数】3页(P32-34)
【关键词】岩体破裂;声发射;时序;特征
【作者】何建平;王宁
【作者单位】西南科技大学土木工程与建筑学院
【正文语种】中文
【中图分类】TD326
【相关文献】
1.深部变形破裂岩体变形模量研究 [J], 邹路军;赵其华;满侨侨
2.用AE时序参数特征预测岩体失稳的研究 [J], 何建平;王宁
3.不同围压条件下花岗岩变形破坏过程中的声发射时序特征 [J], 蒋海昆;张流;周永
胜
4.不连续岩体变形破坏过程中AE的空间演化与意义 [J], 曾正文;马瑾;王艾芳因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

岩石热破裂的声发射现象
张渊;曲方;赵阳升
【期刊名称】《岩土工程学报》
【年(卷),期】2006(28)1
【摘要】在实验室对岩石在温度影响下的声发射现象进行了初步的研究和探讨。

认为长石细砂岩在温度影响下具有明显的声发射现象，并且随着温度的变化，声发射率也随之变化，具有两个声发射峰值区。

声发射的振铃累积数在70-90℃发生急剧变化，表明70—90℃是长石细砂岩裂纹发育的门槛值。

【总页数】3页(P73-75)
【关键词】声发射;破裂;温度
【作者】张渊;曲方;赵阳升
【作者单位】中国矿业大学能源学院;中国计量学院
【正文语种】中文
【中图分类】TU459
【相关文献】
1.岩石破裂发射与破裂面分维特征 [J], 刘斌
2.岩石脆性破裂时破裂发射机理的研究 [J], 刘斌;郭自强
3.岩石脆性破裂时破裂发射的机理 [J], 刘斌;郭自强
4.岩石试件刚度及压力机刚度对岩石主破裂前声发射相对平静的影响 [J], 徐东强;
周昌达
5.岩石破裂声发射m值和岩石力学性质 [J], 许昭永;耿乃光
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

Series No.386 Augest　2008 金 属 矿 山MET AL M I N E总第386期2008年第8期3国家863计划专题课题(编号:2007AA06Z107),教育部新世纪优秀人才支持计划(编号:NCET-07-0163),中科院岩土力学重点实验室开放基金(编号:Z110607)。

张省军(1967—),男,东北大学资源与土木工程学院,博士研究生,110004沈阳市和平区文化路三巷11号东北大学265信箱。

・地质与测量・基于声发射实验岩石破坏前兆特征研究3张省军1,2　刘建坡1,3　石长岩1　李元辉1　赵兴东1　杨宇江1(1.东北大学;2.济南钢城矿业有限公司;31中国科学院岩土力学重点实验室)摘　要　在单轴加载条件下,进行岩石破裂失稳全过程声发射实验研究,得到岩石破裂过程中的应力-应变曲线、声发射参数与时间的关系。

选取累计AE数、AE能量释放率、震级-频度关系中的b值随时间的变化规律研究了岩石失稳破坏的前兆信息。

结果表明:在初始加载阶段,声发射数量很少;在岩石弹性变形阶段后期和塑性变形阶段,累计声发射数快速增加;声发射能量在岩石破裂过程中相当长的一段时间内保持低释放率,而在破坏前释放明显;在岩石失稳破坏前,b值出现快速下降现象,多数岩石试件声发射b值岩石破坏前下降到最低值。

这些前兆特征可以为现场岩体声发射监测预报技术的应用提供依据,以提高岩体稳定性监测预报的准确率。

关键词　岩石力学　声发射　岩石破坏　b值　能量释放率Study on Precursory Character isti cs of Rock Fa ilure Ba sed on Acousti c Em issi on Exper i m en tZhang Shengjun1,2　L iu J ianpo1,3　Shi Changyan1　L i Yuanhui1　Zhao Xingdong1　Yang Yujiang1(1.N ortheastern U niversity;2.J inan Gangcheng CopperM ine Co.;3.Keylaboratory of Rock and Soil M echanics,Chinese A cade m y of Scioence.)Abstract　Experi m ents on acoustic e m issi on(AE)characteristics of comp lete r ock failure p r ocess are carried out un2 der uniaxial l oading.The stress2strain curve,the relati on bet w een AE characteristics and ti m e are obtained.The relati on of the ti m e with cu mulative AE events,AE energy release rate,and the b2value of the relati on bet w een the magnitude and fre2 quency are selected t o study the p recurs ory characteristics of r ock failure.The results show that during the initial l oading phase,AE events are very fe w and its cu mulative nu mber rap idly increases at the late phase of the r ock elastic defor mati on and at the p lastic phase;the AE energy keep s a l ow release rate f or a l ong ti m e during the r ock fracturing p r ocess but exhib2 its an evident release just bef ore the r ock failure.Before the r ock instability failure,b2value will dr op quickly,with that of most r ock samp les reaching the l owest value before the r ock failure,These p recurs ory characteristics are significant for the field app licati on of AE monit oring and forecasting technol ogy s o as t o i m p r ove the accuracy of in2situ r ock mass monit oring and f orecast.Keywords　Rock mechanics,Acoustic e m issi on(AE),Rock failure,b2value,AE energy release rate 对于脆性岩石材料而言,岩石的破坏过程与其内部微裂纹演化过程是一致的,岩石破裂主要表现为其内部的微裂纹的初始、扩展。

石灰岩声发射特性的试验研究
姚改焕;宋战平;余贤斌
【期刊名称】《煤田地质与勘探》
【年(卷),期】2006(034)006
【摘要】采用SYB-4声发射仪和岩石声发射参数动态测试系统,对广西高峰石灰岩进行了单轴压缩条件下的声发射试验,研究了石灰岩在单轴加载过程中声发射活动随时间和岩样应力、变形等变化的内在规律,在此基础上分析了石灰岩的破坏机理.试验研究表明:除加载初期外,石灰岩声发射活动与试样体积变形间有较好的关联性,岩样中微裂纹形成和原有裂纹扩展是造成岩石声发射活动与体积变化的主要原因.因此,采用声发射技术可对矿山采场矿岩体变形稳定性进行监测和评价.
【总页数】3页(P44-46)
【作者】姚改焕;宋战平;余贤斌
【作者单位】西安科技大学,陕西,西安,710054;西安建筑科技大学,陕西,西
安,710055;昆明理工大学,云南,昆明,610059
【正文语种】中文
【中图分类】TU458.3
【相关文献】
1.石灰岩声发射特性及其演化规律试验研究 [J], 宋战平;刘京;谢强;余贤斌
2.不同加载速率下石灰岩与砂岩的声发射特征试验研究 [J], 江博为; 曾晟; 唐子龙
3.石灰岩加载过程中声发射信号特征试验研究 [J], 杨建明
4.基于声发射技术的石灰岩三轴加载试验研究 [J], 刘鹏飞;李家春
5.高温作用后石灰岩受压破裂过程的声发射试验研究 [J], 王德咏;吴刚;葛修润因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

第30卷第8期岩石力学与工程学报V ol.30 No.8 2011年8月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Aug.，2011煤岩体破裂过程中声发射行为及时空演化机制左建平1，2，裴建良3，刘建锋3，彭瑞东1，李岳春2(1. 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室，北京 100083；2. 中国矿业大学力学与建筑工程学院岩石力学与分形研究所，北京 100083；3. 四川大学水利水电学院，四川成都 610065)摘要：利用MTS 815试验机和声发射监测系统对单体岩石、单体煤和煤岩组合体进行单轴试验下的声发射测试，找出三者之间破坏机制的差异，从而为现场微震监测提供指导。

试验结果表明，随着荷载的增加，单体岩石、单体煤及煤岩组合体的累积声发射数都增加，并且煤及煤岩组合体单位体积的声发射数要比岩石的声发射数高1个数量级，这主要是煤的强度较低且内部结构松软破碎所致。

通过区分不同时段的声发射特征，得出三者破坏存在本质差异：随着荷载的增加，岩石的时段声发射数逐渐增多，煤的时段声发射数逐渐减少，而煤岩组合体的时段声发射先逐渐增加后逐渐减少。

岩石的抗拉强度最高，煤的最低，而煤岩组合体的位于单体岩石和煤之间。

对于煤岩组合体，岩石内部的声发射数约占声发射总数的10%～30%，煤体占70%～90%；并且声发射的空间分布主要受煤体结构及原生裂隙的影响。

关键词：岩石力学；煤岩组合体；声发射；破坏机制；三维空间定位中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2011)08–1564–07INVESTIGATION ON ACOUSTIC EMISSION BEHA VIOR AND ITSTIME-SPACE EVOLUTION MECHANISM IN FAILURE PROCESS OFCOAL-ROCK COMBINED BODYZUO Jianping1，2，PEI Jianliang3，LIU Jianfeng3，PENG Ruidong1，LI Yuechun2(1. State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining，China University of Mining and Technology，Beijing 100083，China；2. Institute of Rock Mechanics and Fractals，School of Mechanics and Civil Engineering，China University of Mining andTechnology，Beijing100083，China；3. College of Water Resources and Hydropower，Sichuan University，Chengdu，Sichuan610065，China)Abstract：Both of MTS 815 testing system and acoustic emission (AE) monitoring system are used to measure the AE activities of single rock，single coal and coal-rock combined body under uniaxial compression test. We focus on finding the discrepancies of failure mechanisms of the three；and then it can provide guidance for microseismic monitoring in the field. The experimental results indicate that with the increase of load，the cumulative AE numbers of single rock，single coal and coal-rock combined bodies are increasing. In addition，the AE numbers of unit volume of single coal or coal-rock combined body is about 1 order of magnitude more than those of single rock. It can be attributed to the low coal strength and its internal fractured structure. Through comparison of the AE numbers of different periods，we find the essential characteristics among the three kinds of samples. With the increase of load，the AE number in a time interval gradually increases in rock，decreases in coal，and increases initially and then decreases in coal-rock combined body. In the three kinds of samples，single rock and coal have the maximum and the minimum failure strength，respectively. However，the failure strength of coal-rock combined收稿日期：2011–02–14；修回日期：2011–03–31基金项目：高等学校全国优秀博士学位论文作者专项资金(201030)；国家重点基础研究发展计划(973)项目(2010CB732002)；教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET–09–0726)作者简介：左建平(1978–)，男，博士，1999年毕业于中南大学机电工程学院机辆工程专业，现任副教授，主要从事岩石力学、损伤、断裂及数值计算等方面的教学与研究工作。

岩石破坏过程中声发射波形参数的变化规律周永伟;张鹏海;赵永川;熊少雄;刘刚;秦涛【期刊名称】《黑龙江科技大学学报》【年(卷),期】2017(000)006【摘要】为揭示岩石破坏机制,通过蚀变花岗片麻岩单轴压缩声发射实验,分析岩石破裂过程中平均频率及上升角度倒数的变化规律,并依据其分布特征研究裂纹的破裂类型、拉伸与剪切裂纹所占比例的变化情况。

结果表明：平均频率在岩石受力过程中出现上升-下降-波动的变化趋势,而上升角度倒数在岩石受力过程中出现小幅波动-突增-波动的变化趋势。

平均频率明显下降及上升角度倒数的突增可作为岩石处于较高应力水平的标志。

剪切裂纹所占的比例随着应力的增加呈先降低再升高的趋势。

在岩石破坏前,剪切裂纹的比例出现突增,最高可超过50%。

该研究可为岩石破坏前兆的判断提供可靠依据。

【总页数】5页(P597-601)【作者】周永伟;张鹏海;赵永川;熊少雄;刘刚;秦涛【作者单位】[1]辽宁有色勘察研究院,沈阳110002;[2]东北大学资源与土木工程学院,沈阳110819;[2]东北大学资源与土木工程学院,沈阳110819;[2]东北大学资源与土木工程学院,沈阳110819;[3]黑龙江科技大学黑龙江省煤矿深部开采地压控制与瓦斯治理重点实验室,哈尔滨150022;[3]黑龙江科技大学黑龙江省煤矿深部开采地压控制与瓦斯治理重点实验室,哈尔滨150022【正文语种】中文【中图分类】TU452【相关文献】1.岩石破坏过程中声发射波形参数的变化规律2.岩石破坏过程中声发射波形参数的变化规律3.基于声发射事件b值变化规律的岩石破坏前兆识别及其局限性4.基于声发射波形参数的判别算法在模型试验中的应用研究5.岩石破坏失稳的声发射响应与损伤定量表征研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

顶板-煤柱组合体稳定性研究综述刘付俊;岳尊彩;白麦营;钱恒昌;杜廷斌;尹大伟【摘要】With the gradual increase of coal mining intensity, a large number of safety coal pillars are left in the stope. The stability of these coal pillars and their overlying strata determines the safety of the whole stope, overlying rock and even the surface. Once the overall failure and instability of the composite system occurs, it will lead to many disastrous consequences. In this paper, the theoretical model research and mechanical behavior of roof pillar combination at home and abroad are summarized and reviewed, and some new opinions on the stability of the combination are proposed.%随着煤炭开采强度逐步加大,大量保安煤柱被遗留在采场中,这些煤柱及其上覆岩层组合系统体的稳定性决定了整个采场及覆岩乃至地表的安全,一旦组合系统体发生整体性破坏失稳,将导致许多灾难性后果.为此针对国内外顶板-煤柱组合体在理论模型研究及力学行为上的研究进行了归纳总结与评述,并对组合体稳定性能研究提出了一些新见解.【期刊名称】《煤矿安全》【年(卷),期】2019(050)008【总页数】4页(P209-212)【关键词】顶板-煤柱;组合体;围岩稳定性;理论模型;力学行为【作者】刘付俊;岳尊彩;白麦营;钱恒昌;杜廷斌;尹大伟【作者单位】兖矿集团有限公司,山东邹城 273500;兖州煤业股份有限公司济南煤炭科技研究院分公司,山东济南 250031;兖矿集团有限公司,山东邹城 273500;兖州煤业股份有限公司济南煤炭科技研究院分公司,山东济南 250031;兖州煤业股份有限公司济南煤炭科技研究院分公司,山东济南 250031;山东科技大学,山东青岛266590【正文语种】中文【中图分类】TD325为保障煤炭资源的安全、高效开采，大量煤柱需要留设在采场周围[1]，如条带煤柱、区段煤柱、防水煤柱、断层保护煤柱等。

第30卷第9期 岩 土 力 学 V ol.30 No.9 2009年9月 Rock and Soil MechanicsSept. 2009收稿日期：2008-04-18基金项目：中国科学院岩土力学重点试验室开放基金（No.Z110607）；国家高技术研究发展计划项目（No.2007AA06Z107）；教育部新世纪优秀人才支持计划（No.NCET-07-0163）；国家科技支撑计划项目（No.2008BAB34B02）。

第一作者简介：李元辉，男，1968年生，博士，教授，主要从事矿山地压控制和矿山微震监测研究。

E-mail: liyuanhui@文章编号：1000－7598 (2009) 09－2559－06岩石破裂过程中的声发射b 值及分形特征研究李元辉1，2，刘建坡1，赵兴东1，杨宇江1（1. 东北大学 资源与土木工程学院，沈阳 110004；2. 中国科学院岩土力学重点试验室，武汉 430071）摘 要：应用声发射及其定位技术，通过单轴受压岩石破坏声发射试验，对岩石破裂过程中的声发射b 值和空间分布分形维值随不同应力水平的变化趋势进行了研究。

研究结果表明：声发射分形维值D 和b 值反映了岩石破坏过程中微裂纹的初始和扩展；在小尺度微裂纹所占比例较高的加载初期，分形维值和b 值在较高的水平波动变化，部分岩石试件分形维值和b 值呈现升高现象；随着载荷的增加，岩石内部微裂纹的空间分布由无序向有序转变，大尺度裂纹所占比例增加，声发射定位事件出现群集现象，分形维值和b 值开始较快速下降并在岩石失稳破坏时达到最低值。

在岩石破坏过程中，声发射分形维值和b 值的变化趋势相近。

由于实际应用时，分形维值和b 值的最小值（临界点）难以确定，故可将2个参数相结合，以分形维值D 和b 值较快速下降作为前兆特征，以提高现场岩体稳定性监测的准确性。

关 键 词：声发射；岩石破坏；分形维值；b 值 中图分类号：TU 45 文献标识码：AStudy on b -value and fractal dimension of acoustic emissionduring rock failure processLI Yuan-hui1, 2, LIU Jian-po 1, ZHAO Xing-dong 1, YANG Yu-jiang 1(1. College of Resources and Civil Engineering, Northeastern University, Shenyang 110004, China; 2. Key Laboratory of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China)Abstract: Acoustic emission (AE) experiments of rock failure are carried out under uniaxial compression loading with AE location technique. Relationships between different stress levels with spatial distribution fractal dimension and b -value of AE events are studied. The results show that fractal dimension D and b -value of AE events can directly reflect the evolutionary process of microcracks initiation and propagation. In the initial stage of loading, on account of high proportion of small scale microcracks, the value of fractal dimension and b -value are higher and appear fluctuating, and in some rock samples they are increasing. With the increase of load, the distribution of microcrack turns from random to order, large scale microcrack are increasing, acoustic emission location events begin to cluster, fractal dimension and b -value begin to drop much quickly. The fractal dimension and b -value reach to the minimum value at the critical point of rock failure. During rock failure process, variable tendencies of fractal dimension and b -value are similar. Although it is difficult to confirm the minimum value of fractal dimension and b -value in practical application, continually declining of the two parameters can be seen as precursors of rock failure. Consequently, fractal dimension and b -value can be combined used to improve the accuracy of rock mass monitoring and forecasting in-situ. Key words: acoustic emission; rock failure; fractal dimension; b -value1 引 言对于脆性岩石材料而言，岩石的破坏过程与其内部微裂纹演化过程是一致的，岩石破裂主要表现为其内部的微裂纹的初始扩展。

矿柱破裂过程中的声发射活动时空演化特征研究张洪波;万记龙;武传利;陈俊池【摘要】矿柱及其稳定性一直是采场稳定性研究的核心,通过应用花岗岩样人工制作三组矿柱物理模型,应用声发射仪器监测矿柱破裂过程及其声发射活动时空演化特性.结果表明:在加载的初始阶段,声发射定位事件在矿柱内部比较零乱;随着荷载的增加,在矿柱内部破裂面的声发射事件逐渐聚集、成核、剪切宏观裂纹.在整个加载过程中,声发射撞击数在弹性变形后期及即将产生塑性破坏时达到两个峰值点,在弹性变形后期产生的声发射撞击数峰值点振幅多在50 dB,在矿柱承载达到其峰值应力的90％时,声发射撞击数达到最大峰值,此后声发射撞击数逐渐减少,但大幅值(80～100 dB)声发射撞击数不断增加,宏观裂纹逐渐贯通,即将产生破坏,该实验结果对实验室预测岩石试件的破坏具有一定的指导意义.【期刊名称】《现代矿业》【年(卷),期】2014(000)007【总页数】4页(P17-19,24)【关键词】矿柱;声发射及其定位;花岗岩;幅值;破裂过程【作者】张洪波;万记龙;武传利;陈俊池【作者单位】山东黄金矿业(沂南)有限公司沂南金矿;山东黄金矿业(沂南)有限公司沂南金矿;山东黄金矿业(沂南)有限公司沂南金矿;东北大学资源与土木工程学院【正文语种】中文在两个或者多个采场之间预留的原岩，或者在房式开采中，为了确保矿石安全回采所预留的临时性或者永久性原岩均称之为矿柱。

对于地下硬岩金属矿回采工作而言，矿柱稳定性的研究一直是采场稳定性研究的核心。

随着回采工作的推进，采空区暴露面积增加，使得采场的稳定性问题日益凸显，矿柱对采空区的支撑作用决定了采场的稳定性状态，保证了采场的顶板及围岩的稳定性，提高了矿山的矿石回采率。

通过应用声发射仪器、静态应变仪、坐标纸等，实验研究矿柱破裂过程中声发射活动时空演化规律。

通过对矿柱物理模型加载过程中着重分析声发射事件定位、声发射撞击数变化、振幅(能量)等重要参数变化[1]，来反映矿柱破裂过程其声发射活动特性，为矿柱破坏预测提供一种途径。

煤岩破裂过程声发射时-频信号特征与演化机制丁鑫; 肖晓春; 吕祥锋; 赵同彬; 尹延春; 宋义敏; 杨小彬; 潘一山【期刊名称】《《煤炭学报》》【年(卷),期】2019(044)010【总页数】13页(P2999-3011)【关键词】声发射; 煤岩破坏; 小波时-频变换; 裂纹扩展; 应力波【作者】丁鑫; 肖晓春; 吕祥锋; 赵同彬; 尹延春; 宋义敏; 杨小彬; 潘一山【作者单位】辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000; 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083; 山东科技大学矿业与安全工程学院山东青岛266590; 北方工业大学土木工程学院北京100144; 中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083; 辽宁大学环境学院辽宁沈阳110136【正文语种】中文【中图分类】TD315煤岩变形破坏是内部裂纹萌生、扩展、汇聚的动态演化过程，利用声发射设备监测、采集裂纹发育所释放的弹性能在煤岩介质中传播的应力波振幅、频率特征可间接反映其内部裂纹演化规律。

深入研究声发射信号时-频域特征与裂纹表征参量间的力学联动机制对提高基于声发射监测方法的冲击地压预警准确性具有重要的科学意义和工程价值。

关于煤、岩石材料破坏过程的声发射特征众多学者已经开展了大量研究。

在声发射信号时域特征研究方面，LOCKNER D[1]利用实验方法研究了岩石破裂中裂隙发育与声发射特征信号间的关系;左建平等[2]对岩石、煤和煤岩组合体开展了单轴压缩过程声发射监测试验，探讨了不同材料声发射时空演化机制;ZHAO和JIANG[3]，舒龙勇等[4]分别对冲击倾向性煤岩、突出煤岩受载变形过程声发射行为演化特征进行了试验研究，对其前兆信息规律进行了探讨;肖晓春等[5-6]，苏承东等[7]采用试验方法对不同应力路径下的煤岩破坏过程声发射规律进行了分析和研究;赵兴东等[8-9]基于声发射定位技术对岩石裂纹动态破坏过程开展了试验研究;李德行等[10]探讨了裂纹倾角影响下的声发射响应、煤样峰值强度和裂纹扩展方式;BACKERS T等[11]利用实验方法对不同加载速率下岩石破坏过程的声发射活跃度进行研究。

第34卷增1 岩石力学与工程学报V ol.34 Supp.1 2015年5月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering May，2015基于声发射振幅分布的裂隙岩体破坏演化过程赵小平，陈淑芬(中国电建集团成都勘测设计院有限公司，四川成都 610072)摘要：一般而言，岩石力学问题在工程尺度上是裂隙岩体的力学行为问题，尤其是裂隙岩体在荷载作用下的强度分布、变形特征及破坏演化规律。

以软岩(煤岩)为研究对象，对完整煤岩进行预加载获取裂隙煤岩体试件，并在统计意义上将其划分为含单一裂隙及含多条裂隙煤岩体，进而利用试件在加载破坏过程中的声发射现象及其最大振幅的分布规律，研究完整煤岩及裂隙煤岩体在单轴加载条件下的破坏演化过程及差异。

研究结果表明：定量指标b值能够描述破坏演化过程中AE事件最大振幅的分布规律，其值越大，破坏裂隙扩展所受的阻碍越大；不同应力水平条件下，随着荷载的增加，b值整体呈降低趋势；在相同应力水平条件下，内部所含裂隙越多，b值越大；完整煤岩及裂隙煤岩体在破坏演化过程中b值的变化规律显示，当b值的降低幅度趋于平缓时，可作为试件即将破坏的前兆。

研究成果可为利用声发射技术进行现场监测预警提供试验依据。

关键词：岩石力学；裂隙岩体；破坏演化；声发射；最大振幅；分布规律中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2015)增1–3012–06FAILURE EVOLUTION PROCESS OF FRACTURED ROCKMASS BASED ON AMPLITUDE OF ACOUSTIC EMISSIONZHAO Xiaoping，CHEN Shufen(PowerChina Chengdu Engineering Corporation Limited，Chengdu，Sichuan610072，China)Abstract：In general，the problem of rock mechanics is the mechanical behavior of fractured rock-mass in the engineering scale，especially the strength distribution，deformation character and failure evolution of fractured rock-mass under loading. In this paper，the study of failure evolution process and differences between intact coal and fractured coal rock-mass with single fracture and multiple fractures，according to the distribution of max-amplitude of acoustic emission under uniaxial loading，is based on specimens of fractured coal rock-mass obtained by pre-loading on intact coal. The study results are as follows：the value of b can describe the distribution regularity of max-amplitude of AE during the failure evolution process under loading，and the value increases with increasing block to the expansion of fractures in specimen；the value of b decreases with increasing loading under different stress level and increase with increasing fracture under the same stress level；it can be considered as the precursor of specimen′s failure when the decrease of b value becomes flat according to the regularity of b value in intact coal and fractured coal rock-mass during the failure evolution process，and that can provide a test basis for the application of AE technology of monitoring and prediction in situ.Key words：rock mechanics；fractured coal rock-mass；failure evolution；acoustic emission；maximum amplitude；distribution regularity收稿日期：2014–06–20；修回日期：2014–07–31基金项目：国家重点基础研究发展计划(973)项目(2010CB226802，2011CB201201)作者简介：赵小平(1984–)，男，2013年毕业于四川大学水利水电学院岩土工程专业获博士学位，现任工程师，主要从事岩石力学与工程等方面的研究工作。

第38卷第8期煤炭学报Vol．38No．82013年8月JOUＲNAL OF CHINA COAL SOCIETYAug．2013文章编号:0253－9993(2013)08－1319－06不同开采条件下岩石的变形破坏特征及对比分析左建平1，2，刘连峰1，周宏伟1，2，黄亚明1(1．中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院，北京100083;2．中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室，北京100083)摘要:基于3种典型的煤层开采方式(无煤柱开采、放顶煤开采和保护层开采)，借助MTS －815电液伺服岩石实验系统对潞安李村煤矿灰岩进行了同时恒定降围压、变速率加轴压的三轴卸荷试验，由此研究了不同开采卸荷条件下的应力路径对围岩的力学行为影响。

实验获得了不同围压不同加载速率条件下灰岩的全应力－应变曲线及宏观破坏模式，认为灰岩的破坏模式与达到峰值时围压的大小有很大关系，而轴向加载应力路径影响较小;放顶煤开采条件下围岩的变形较保护层开采和无煤柱开采要大，特别是塑性变形较后两者也大。

另外围岩的脆性和延性特征的转变与轴向加载速率有很大关系，即与煤层开采方式有关，并且围压越大，塑性特征越明显。

关键词:开采方式;卸荷;破坏模式;塑性应变中图分类号:TD315文献标志码:A收稿日期:2012－08－02责任编辑:王婉洁基金项目:国家重点基础研究发展计划(973)资助项目(2010CB732002，2011CB201201);国家自然科学基金资助项目(11102225)作者简介:左建平(1978—)，男，江西高安人，教授，博士。

E －mail :zjp@cumtb．edu．cnDeformation failure mechanism and analysis of rockunder different mining conditionZUO Jian-ping 1，2，LIU Lian-feng 1，ZHOU Hong-wei 1，2，HUANG Ya-ming 1(1．School of Mechanics and Civil Engineering ，China University of Mining and Technology (Beijing )，Beijing 100083，China ;2．State Key Laboratory of Coal Ｒesources and Safe Mining ，China University of Mining and Technology (Beijing )，Beijing 100083，China )Abstract :Based on three typical mining models (non-pillar mining ，top-coal caving and protected coal seam mining )，a series of triaxial tests which keeping confining pressure at the same unloading rate and axial pressure in different loading rates were carried out on the limestone samples through MTS-815electrohydraulic servo Ｒock Test System．Based on experimental results ，the relationship between stress path and surrounding rock under different mining condi-tions was investigated in detail．The complete stress-strain curves and macro-damaged characteristics were studied and compared．The experimental results indicate that the failure mode is mainly related to the confining pressure near peak strength rather than the axial loading rate under unloading condition．The top-coal caving can lead to more bigger de-formation and plastic deformation than non-pillar mining and protected coal seam mining．The axial loading rate trans-form the rock property between brittle and ductile ，when the confining pressure is bigger ，the conversion of brittle-duc-tile property will be more obviously．Key words :mining layout ;unloading ;failure mode ;plastic strain 深部煤炭开采后，巷道和工作面附近的围岩处于卸荷状态［1］，即煤岩体经历了从原岩应力、轴向应力差(σ1－σ3)在升高而围压σ3在递减(即卸荷)到破坏卸荷的完整采动力学过程［2］。

煤岩体岩爆模拟试验中声发射时频演化规律分析赵菲;王洪建;袁广祥;任富强【摘要】为了研究深部煤炭开采过程中煤岩体岩爆破坏过程声发射随应力演化的特性,对鹤岗矿区南山煤矿软岩巷道的煤岩体进行真三轴卸载岩爆试验,实时记录三向应力演化过程,并采集试验过程中的声发射信号进行参数和波形时频分析.结果表明:南山矿煤岩体岩爆临界破坏强度为17.8 MPa,是其单轴破坏强度的1.19倍,声发射累计释放能量达到(1.83E +5)my·ms.采用快速傅里叶变换,对选取的加载和卸载岩爆典型阶段声发射数据进行波形分析,得到频率-幅值密度分布.发现加载阶段破裂源相似,产生的信号特征较为接近,都是低幅值、低频率的,而煤爆时产生高频、高幅和低频、高幅多种成分的破裂源,预示着能量在不断地加大.【期刊名称】《华北水利水电学院学报》【年(卷),期】2017(038)005【总页数】6页(P82-87)【关键词】岩爆试验;声发射特性;能量;时频演化【作者】赵菲;王洪建;袁广祥;任富强【作者单位】华北水利水电大学资源与环境学院,河南郑州450045;华北水利水电大学资源与环境学院,河南郑州450045;华北水利水电大学资源与环境学院,河南郑州450045;中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TV223.1;TU45随着经济的不断发展，煤炭开采深度不断加大，然而深部地质环境复杂，灾害频发，在矿井中经常会遇到岩爆，由于其突发性及不可预测性，往往会严重影响煤矿安全生产，造成很大的经济损失。

多年来,学者针对矿井中的岩爆灾害问题已经从多种角度进行了不同分析，积累了大量有价值的成果[1-6]。

由于现场监测岩爆发生特征的困难性，所以在室内进行岩爆模拟试验，辅以多种动态监测手段成为研究岩爆发生机理的一个重要手段。

那么，如何在室内还原岩体岩爆发生时的应力转化过程，真实再现岩爆破坏现象显得尤为重要。

单轴压缩下冲击倾向性煤样声发射特性的实验研究杨磊;毛德兵【摘要】利用岩石力学试验机和PAC声发射信号采集系统对冲击倾向性煤样进行了单轴压缩声发射测试,研究了其变形破坏过程中的声发射能率及b值的动态变化特征.试验结果表明,冲击倾向性煤样和无冲击倾向性煤样的声发射能率活跃点分别为峰值应力的90％和50％,声发射能率特征体现了冲击倾向性的本质,煤样破坏前声发射b值可以作为冲击倾向性煤样失稳破坏的前兆信息.【期刊名称】《煤矿开采》【年(卷),期】2013(018)001【总页数】3页(P14-16)【关键词】冲击倾向性;声发射能率;b值;前兆信息;冲击地压【作者】杨磊;毛德兵【作者单位】煤炭科学研究总院开采设计研究分院,北京100013;天地科技股份有限公司开采设计事业部,北京100013【正文语种】中文【中图分类】TD324近年来，随着煤矿开采深度的不断增加，冲击地压等煤岩动力灾害日趋严重。

冲击地压是煤岩体失稳破坏的宏观表现，煤岩体失稳破坏过程中伴随着弹性能、声能、电磁能等多种能量信号的释放，其中声发射是一种常用的研究煤岩破坏特性的指标［1］。

早在20世纪30年代，美国学者Obert和Duvall就应用声发射检测技术来确定岩石受压后的破裂位置［2］。

随后国内外学者对煤岩破坏过程中的声发射现象进行了大量的研究，李庶林等［3］对单轴受压岩石破坏全过程进行了声发射试验，分析了岩石破坏过程中的力学特性和声发射特征;王恩元等［4］对单轴压缩煤体破裂过程中声发射的频谱特征进行了研究，发现煤体声发射的频谱特征变化与煤体变形破裂过程密切相关;杨永杰等［5］对单轴压缩条件下煤样的声发射特征进行了研究，得出了预测煤样破裂时间的指标;左建平等［6］对煤岩组合体破坏过程的声发射行为进行了研究，并获得了声发射三维空间分布规律。

目前，将声发射与冲击倾向性相联系的研究相对较少，宁超等［7］研究了单轴压缩下冲击煤岩的声发射特性，发现了冲击煤岩屈服阶段声发射参数的平静现象;赵毅鑫等［8］对冲击倾向性煤体破坏过程中的声热效应进行了研究，发现冲击倾向性煤体的失稳破坏更突然、更难于预测。