一种基于声发射检测含水煤岩内部结构损伤分析的方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于声发射检测含水煤岩内部结构损伤分析的方法，利用对含水煤样加载，使声发射传感器接收煤样内部结构损伤产生的声发射信号，发射曲线反映了煤样内部微裂纹的演化过程，通过煤样声发射振铃计数来定义煤岩受载损伤，结合损伤理论和声发射理论，建立了以时间为变量的分段损伤演化模型。本发明的意义在于揭示了含水煤岩受载荷损伤的声发射特征，可对井下隔水煤柱的稳定性提供数据基础，也可为相关工程建设提供有益参考。
【专利说明】一种基于声发射检测含水煤岩内部结构损伤分析的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种含水煤岩内部结构损伤分析的方法，特别涉及一种基于声发射检测含水煤岩内部结构损伤分析的方法。
【背景技术】
[0002]水与煤岩的作用是目前工程岩石力学研究的热点和难点之一。在水体下、含水层下、承压含水层上或导水断层附近采掘时，为防止地表水或地下水溃入工作地点，需要留出一定宽度或高度的煤(岩)层不米动，作为防水煤(岩)柱。煤柱体强度和煤岩试块的强度是进行煤柱设计时的基础和关键。因此，探究水作用下煤岩强度弱化规律可以为隔水煤柱稳定性研究提供基础参考。声发射能连续、实时地检测脆性物体内部微裂纹的产生与扩展，通过对煤岩AE信号的分析与研究,可推断煤岩内部的性态变化,反演煤岩的破坏机制。目前国内外研究成果中缺乏含水煤岩力学破坏的声发射特征的研究。因此研究含水煤岩体受载荷损伤的声发射特征，并探究声发射参数与煤岩体力学破坏机制的关系，可以更好的为井下隔水煤柱的稳定性提供基础数据及为相关工程建设提供有益参考。本发明针对这一情况，提出含水煤岩体内部结构损伤的声发射检测方法，并对声发射信号数据提取分析。
【发明内容】
[0003]本发明提供了一种基于声发射检测含水煤岩内部结构损伤分析的方法，以揭示了含水煤岩受载荷损伤的声发射特征，可对井下隔水煤柱的稳定性提供数据基础，也可为相关工程建设提供有益参考。
[0004]本发明提出的一种基于声发射检测含水煤岩内部结构损伤分析的方法，具体由如下步骤实现:
[0005]步骤一、制备不同含水率的煤样，并将煤样表面擦干。
[0006]步骤二、将声发射传感器贴在制备好的含水煤样上，并利用黄油做耦合剂，使接触良好。
[0007]步骤三、对含水煤样施加载荷，使声发射传感器分别接收不同含水率煤样因内部损伤产生的声发射信号。
[0008]步骤四、将步骤三中接收的含水煤样的声发射信号进行特征参数提取，得到各信号的能量、振铃计数、持续时间、幅值等特征参数。
[0009]步骤五、选用步骤四中提取出的振铃计数和累计振铃计数对含水煤岩的损伤特性进行描述，归一化得损伤参量，绘制含水煤样损伤演化过程的“损伤参量-时间”曲线图，根据含水煤样损伤演化曲线定义分段曲线损伤模型。结合试验结果进行数值拟合得含水煤样损伤模型参数表及煤岩损伤本构方程。
[0010]本发明的意义在于通过利用声发射检测不同含水率的煤岩体因承受载荷内部损伤而产生的声发射特征参数，并对特征参数进行对比分析，探究声发射参数与含水煤岩体力学破坏机制的关系，并结合含水煤岩体其他地质、力学参数分析防水煤(岩)柱等承载含水煤岩体的失稳破坏机理。对井下隔水煤柱的稳定维护具有重要参考意义，并为相关工程建设提供有益参考。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明一种基于声发射检测含水煤岩内部结构损伤分析的方法的流程图。
[0012]图2为本发明一种基于声发射检测含水煤岩内部结构损伤分析的方法的试验系统示意图。
[0013]图3为含水煤样振铃计数率随时间变化关系图。
[0014]图4为含水煤样能率随时间变化关系图。
[0015]图5为含水煤样损伤演化过程的“损伤参量-时间”曲线图。
[0016]其中，I为含水煤样；2为煤样加载及控制系统；3为检测含水煤样内部损伤声发射信号时放置的声发射传感器；4为前置放大器；5为声发射信号处理系统。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种基于声发射检测含水煤岩内部结构损伤分析的方法进行详细说明。
[0018]本发明提供的一种基于声发射检测含水煤岩内部结构损伤分析的方法，流程如图1所示，具体通过如下步骤实现:
[0019]步骤一、制备不同含水率的煤样，并将煤样表面擦干。
[0020]步骤二、将声发射传感器贴在图2所示的位置3处，并用黄油做耦合剂，使接触良好。
[0021]步骤三、将贴好声发射传感器的含水煤样安置在图2所示的加载及控制系统2上，并对含水煤样施加载荷，使声发射传感器接收煤样内部损伤产生的声发射信号，并将信号通过前置放大器4，输入声发射信号处理系统5内进行处理。
[0022]步骤四、将步骤三中接收的含水煤样的声发射信号进行特征参数提取，得到各信号的特征参数。如图3-4，其中，图3为含水煤样振铃计数率随时间变化关系图，图4为含水煤样能率随时间变化关系图。
[0023]步骤五、选用步骤四中提取出的振铃计数Ω和累计振铃计数Ωπ对含水煤岩的损伤特性进行描述，归一化得损伤参量D (如式I)，绘制含水煤样损伤演化过程的“损伤参量-时间”曲线图(如图5)，根据含水煤样损伤演化曲线定义分段曲线损伤模型(如式2)。结合试验结果进行数值拟合得含水煤样损伤模型参数表(如表1)及煤岩损伤本构方程(如式3)
[0024]
【权利要求】
1.一种基于声发射检测含水煤岩内部结构损伤分析的方法其特征在于: a.制备不同含水率的煤样，并将煤样表面擦干。 b.将声发射传感器贴在制备好的含水煤样上，并利用黄油做耦合剂，使接触良好； c.对含水煤样施加载荷，使声发射传感器分别接收不同含水率煤样因内部损伤产生的声发射信号； d.将步骤三中接收的含水煤样的声发射信号进行特征参数提取，得到各信号的能量、振铃计数、持续时间、幅值等特征参数。 e.选用步骤四中提取出的振铃计数和累计振铃计数对含水煤岩的损伤特性进行描述，归一化得损伤参量，绘制含水煤样损伤演化过程的“损伤参量-时间”曲线图，根据含水煤样损伤演化曲线定义分段曲线损伤模型。结合试验结果进行数值拟合得含水煤样损伤模型参数表及煤岩损伤本构方程。
2.根据权利要求1所述的一种基于声发射检测含水煤岩内部结构损伤分析的方法，其特征在于:所述煤样为标准试件，直径50mm，高度100mm。
【文档编号】G01N29/14GK103995054SQ201410216031
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月19日 优先权日:2014年5月19日
【发明者】姚强岭, 李学华, 赵彬, 李冬伟, 种照辉, 鞠明和, 周健, 潘凡 申请人:中国矿业大学