[发明专利]不同孔径煤岩体在单轴加载下特征时频损伤演化分析方法

说明书

本发明提供一种不同孔径煤岩体在单轴加载下特征时频损伤演化分析方法，通过对不同孔径的煤岩体待测试块进行应力加载破坏试验，采集煤岩体待测试块在试验过程中的声发射信号，并根据声发射信号的能量贡献率对声发射信号进行筛选，然后根据筛选后的信号在应力应变曲线中选取煤岩体迅速破裂阶段，并对其进行时频分析，从而确定煤岩体上通孔的孔径大小对煤岩体破裂程度的影响情况，能够确定单轴加载作用下不同孔径煤岩体内部迅速破裂阶段损伤破坏模式的规律，为煤炭开采过程提供数据支撑，从而实现对应力集中部分进行有效的疏导卸压。

技术领域

本发明涉及煤炭资源开发领域，具体涉及一种不同孔径煤岩体在单轴加载下特征时频损伤演化分析方法。

背景技术

煤炭资源是我国重要的战略资源，同时也是我国能源资源结构组成不可或缺的一部分。而在伴随着煤炭资源的需求量日益增加，煤矿的开采深度也在逐步增加，深部采场所受的地应力也将急剧增大。并且在矿井采掘推进过程中，采场和巷道的围岩受到采掘扰动，对其造成不同程度破坏损伤，造成能量的积聚。当所积聚的能量达到煤岩体所能承受的极限，则会产生煤矿的动力灾害的显现，造成重大的人员伤亡和财产损失。因此，对其应力集中部分进行疏导卸压，降低由于采掘所带来的应力集中的研究变得尤为重要。

采场在高地应力采掘中，煤岩体在其开挖的轴向上表现出应力增加，而在其径向上则表现出应力的卸荷释放。同时大量的实验和工程实测的结果表明煤岩体损伤可划分为煤岩体的变形、裂隙的萌发和破裂演化，直至煤岩体宏观裂缝扩展破坏的全过程。而煤岩体的破裂力学表征则是关于能量积聚、损散等复杂岩石力学问题。国内众多学者就针对煤岩体损伤破坏进行了大量的基础性研究，通过研究表明：从细观角度分析大部分针对煤岩体的裂隙发育损伤、能量耗散与煤岩体的本构关系进行考量论证，以及从煤岩体内部能量释放所造成的破损来进行煤岩体的力学损伤分析，但是针对煤岩体有关应力集中区域不同孔径声发射波形时频特征分析的实验手段对损伤至破坏演化规律的分析研究尚不多见。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，从而提供一种不同孔径煤岩体在单轴加载下特征时频损伤演化分析方法，具体方案如下：

一种不同孔径煤岩体在单轴加载下特征时频损伤演化分析方法，包括以下步骤：

步骤一、选取N个煤岩体待测试块，在其中N-1个所述待测试块上设置不同孔径的通孔；

步骤二、对N个所述待测试块分别进行应力加载破坏试验，在所述应力加载破坏试验过程中采集所述待测试块的声发射信号；

步骤三、每个所述待测试块采集到的n个声发射信号，计算每个声发射信号的能量与其对应频率的乘积，从而得到n个声发射信号的能量贡献率并对所述n个声发射信号的能量贡献率按照大小降序排列，然后计算每个声发射信号的累计能量贡献率；

其中，β_i为第i个声发射信号的累计能量贡献率，e_k为第k个声发射信号的能量，f_k为第k个声发射信号对应的频率；i＝1，2，3，···，n；

步骤四、计算累计能量贡献率在设定阈值范围内的声发射信号的能量平均值，根据所述能量平均值计算能量遴选阈值；

Q_S＝maxE·R²+Q

其中Q为所述能量平均值，E为声发射信号的能量集合，Q_S为所述能量遴选阈值，maxE为声发射信号中的最大能量值，R为能量大于所述能量平均值的声发射信号数量与声发射信号总数量的比值；