[發明專利]不同孔徑煤巖體在單軸加載下特征時頻損傷演化分析方法

有效

• 申請號: 201911056802.3
• 申請日: 2019-10-31
• 公開（公告）號: CN110646276B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 來興平;任杰;單鵬飛;崔峰;曹建濤;張帥;代晶晶;許慧聰;王澤陽;張云;張楠
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00;G01N29/14;G01N29/46
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產權代理事務所(普通合伙) 11387
• 代理人: 劉春成;劉素霞

本發明提供一種不同孔徑煤巖體在單軸加載下特征時頻損傷演化分析方法，通過對不同孔徑的煤巖體待測試塊進行應力加載破壞試驗，采集煤巖體待測試塊在試驗過程中的聲發射信號，并根據聲發射信號的能量貢獻率對聲發射信號進行篩選，然后根據篩選后的信號在應力應變曲線中選取煤巖體迅速破裂階段，并對其進行時頻分析，從而確定煤巖體上通孔的孔徑大小對煤巖體破裂程度的影響情況，能夠確定單軸加載作用下不同孔徑煤巖體內部迅速破裂階段損傷破壞模式的規律，為煤炭開采過程提供數據支撐，從而實現對應力集中部分進行有效的疏導卸壓。

技術領域

本發明涉及煤炭資源開發領域，具體涉及一種不同孔徑煤巖體在單軸加載下特征時頻損傷演化分析方法。

背景技術

煤炭資源是我國重要的戰略資源，同時也是我國能源資源結構組成不可或缺的一部分。而在伴隨著煤炭資源的需求量日益增加，煤礦的開采深度也在逐步增加，深部采場所受的地應力也將急劇增大。并且在礦井采掘推進過程中，采場和巷道的圍巖受到采掘擾動，對其造成不同程度破壞損傷，造成能量的積聚。當所積聚的能量達到煤巖體所能承受的極限，則會產生煤礦的動力災害的顯現，造成重大的人員傷亡和財產損失。因此，對其應力集中部分進行疏導卸壓，降低由于采掘所帶來的應力集中的研究變得尤為重要。

采場在高地應力采掘中，煤巖體在其開挖的軸向上表現出應力增加，而在其徑向上則表現出應力的卸荷釋放。同時大量的實驗和工程實測的結果表明煤巖體損傷可劃分為煤巖體的變形、裂隙的萌發和破裂演化，直至煤巖體宏觀裂縫擴展破壞的全過程。而煤巖體的破裂力學表征則是關于能量積聚、損散等復雜巖石力學問題。國內眾多學者就針對煤巖體損傷破壞進行了大量的基礎性研究，通過研究表明：從細觀角度分析大部分針對煤巖體的裂隙發育損傷、能量耗散與煤巖體的本構關系進行考量論證，以及從煤巖體內部能量釋放所造成的破損來進行煤巖體的力學損傷分析，但是針對煤巖體有關應力集中區域不同孔徑聲發射波形時頻特征分析的實驗手段對損傷至破壞演化規律的分析研究尚不多見。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，從而提供一種不同孔徑煤巖體在單軸加載下特征時頻損傷演化分析方法，具體方案如下：

一種不同孔徑煤巖體在單軸加載下特征時頻損傷演化分析方法，包括以下步驟：

步驟一、選取N個煤巖體待測試塊，在其中N-1個所述待測試塊上設置不同孔徑的通孔；

步驟二、對N個所述待測試塊分別進行應力加載破壞試驗，在所述應力加載破壞試驗過程中采集所述待測試塊的聲發射信號；

步驟三、每個所述待測試塊采集到的n個聲發射信號，計算每個聲發射信號的能量與其對應頻率的乘積，從而得到n個聲發射信號的能量貢獻率并對所述n個聲發射信號的能量貢獻率按照大小降序排列，然后計算每個聲發射信號的累計能量貢獻率；

其中，β_i為第i個聲發射信號的累計能量貢獻率，e_k為第k個聲發射信號的能量，f_k為第k個聲發射信號對應的頻率；i＝1，2，3，···，n；

步驟四、計算累計能量貢獻率在設定閾值范圍內的聲發射信號的能量平均值，根據所述能量平均值計算能量遴選閾值；

Q_S＝maxE·R²+Q

其中Q為所述能量平均值，E為聲發射信號的能量集合，Q_S為所述能量遴選閾值，maxE為聲發射信號中的最大能量值，R為能量大于所述能量平均值的聲發射信號數量與聲發射信號總數量的比值；