在讨论煤岩在不同围压下的声发射特性及损伤演化之前,需要先了解声发射现象和围压这两个基本概念。声发射(Acoustic Emission, AE)是指材料在受到外力作用下,由于局部区域迅速释放能量而产生瞬时弹性波的一种现象。围压(confining pressure)则是指岩石在地下深处受到的周边压力,这种压力会从各个方向对岩石施加作用。
在四川芙蓉白皎煤矿的实验中,研究者使用PCI-2声发射系统对煤岩在不同围压(0、8、16、25 MPa)下进行了声发射试验。目的是探索和揭示煤岩破坏过程中,振铃计数率、声发射时空分布、声发射b值以及破坏煤岩的损伤特性变化规律。这些参数可以帮助我们更好地理解和预测煤岩的破坏过程。
振铃计数率是指在单位时间内记录到的声发射事件数量,它是评价岩石破裂和损伤程度的重要指标。在实验中,研究者发现,围压的增加会导致振铃计数率的平静期变长,这意味着高围压可以抑制煤岩的破坏过程。此外,研究还观察到,在单轴和三轴受力状态下,振铃计数率的高频段发生时段是不同的。单轴状态下,声发射定位点在煤岩内部分布均匀;而在三轴状态下,声发射定位点则主要集中在破坏截面。
声发射b值是一个反映材料内部裂纹分布和发展的参数。在实验中,研究者发现随着围压的增加,峰前声发射b值的波动现象会增强。这表明b值的变化可以用来预测煤岩的破坏。为了更准确地预测煤岩破坏,研究者还提出了基于累计振铃计数和煤岩破坏应力建立的损伤破坏模型,并结合声发射振铃计数率、时空分布、b值及损伤变量来预测煤岩有效破坏的前兆应力点。
通过上述研究,可以为煤岩破坏的微震监测分析奠定基础。微震监测(microseismic monitoring)是一种用来监测和评估地下岩石受力后裂纹生成与扩展的技术,它通过捕捉和分析地震波信号来实现。在煤矿开采、隧道施工等活动中,微震监测对于评价岩体稳定性、预警灾害发生具有重要作用。
本研究的背景知识还涵盖了岩石力学和煤岩损伤演化的基本理论。岩石力学是研究岩石在外力作用下的力学行为以及和变形、破坏有关的问题的一门学科。煤岩是具有特定物理化学性质的沉积岩,其内部结构的复杂性和变化性导致了其力学行为的特殊性,这使得煤岩成为研究岩石力学行为的一个重要对象。煤岩在受到地应力作用和开采扰动后,会产生损伤和破裂,这直接关系到煤层气的赋存和开采安全,因此,对煤岩损伤演化规律的研究具有重要的实际意义。
研究成果中提到的应用前景,即为煤岩破坏的微震监测分析提供理论依据,这有助于在实际工程项目中对煤岩的破坏进行早期预警和风险评估,从而保障人员安全和减少经济损失。