不同粒度弱胶结砂岩声发射信号源与其临界破坏前兆信息判识

宋朝阳^1,2，纪洪广³，张月征³，谭杰^1,2，孙利辉⁴

1. 北京中煤矿山工程有限公司2. 煤矿深井建设技术国家工程实验室3. 北京科技大学土木与资源工程学院4. 河北工程大学矿业与测绘工程学院

摘 要：研究弱胶结砂岩声发射信号参数特征及参数之间的关联性,可以区分不同粒度弱胶结砂岩破坏过程的声发射信号源,是建立不同粒度弱胶结砂岩临界破坏判据的基础。通过对单轴压缩下不同粒度弱胶结砂岩的破坏全过程进行声发射试验,得到了弱胶结砂岩破坏全过程中的应力与AE特征参数随时间演化规律,分析了AE振铃计数与绝对能量、幅值和持续时间参数之间的分布特征,获得了不同粒度弱胶结砂岩声发射信号源特征,并基于AE峰值频率的演化特征分析,给出了弱胶结砂岩临界破坏前兆信息识别方法。研究表明,随着弱胶结砂岩粒度的减小,其峰值强度增加,岩样破坏时表现出的脆性破坏更加明显,AE振铃计数的峰值呈现数量级增加,能量集聚效应更加明显,岩样的自蓄能能力更强,且产生更高的AE幅值及更长的AE持续时间。弱胶结细粒砂岩在线弹性阶段初期最先出现更低频段（10～20 kHz）;弱胶结粗粒砂岩在塑性变形阶段AE峰频出现更高频（275～285 kHz）,且AE峰频由2个主频段演化为5个;弱胶结中粒砂岩在达到应力峰值前,两个主频段（40～50,145～155 k Hz）累积计数最大; AE峰频的更高频、更低频及主频累积计数值等变化特征可以作为鉴别不同粒度弱胶结砂岩单轴压缩破坏过程中声发射信号源的判识依据。岩样进入塑性变形阶段时,AE峰值频率表现为由初期的2个主频演化为4个或5个频段,频段增加特征亦可作为不同粒度弱胶结砂岩破坏前兆信息判识的依据。

关键词：弱胶结砂岩;声发射;峰值频率;前兆信息;变形破坏;