高温作用后坚硬煤样单轴压缩过程中的变形强度与声发射特征.pdf

第4 5 卷第2 期 2 0 2 0 年2 月 煤炭学报 J O U R N A LO FC H I N AC O A LS O C I E T Y V 0 1 ．4 5N o ．2 F e b ．2 0 2 0 移动阅读 苏承东，宋常胜，苏发强．高温作用后坚硬煤样单轴压缩过程中的变形强度与声发射特征[ J ] ．煤炭学报，2 0 2 0 ， 4 5 2 6 1 3 6 2 5 ．d o i 1 0 ．1 3 2 2 5 ／j ．c n k i ．j c c s ．2 0 1 9 ．0 1 8 3 S UC h e n g d o n g ，S O N GC h a n g s h e n g ，S UF a q i a n g ．D e f o 邢a t i o ni n t e n s i t ya n da c o u s t i ce m i s s i o nc h a r a c t e r i s t i c so fh a r d c 础s a m p l eu n d e ru n i a 【i a lc o m p r e s s i o n 心e rh i 曲t e m p e r a t u r e [ J ] ．J o u m a lo fc h i n ac o a ls o c i e t y ，2 0 2 0 ，4 5 2 6 1 3 6 2 5 ．d o i 1 0 ．1 3 2 2 5 ／j ．c nk i ．j c c s ．2 0 1 9 ．0 1 8 3 高温作用后坚硬煤样单轴压缩过程中的 变形强度与声发射特征 苏承东1 ’2 ，宋常胜1 ’2 ，苏发强1 ’2 ’3 1 ．河南理工大学能源科学与工程学院，河南焦作4 5 4 0 0 3 ；2 ．煤炭安全生产河南省协同创新中心，河南焦作4 5 4 0 0 3 ；3 ．山西潞安矿业 集 团 有限责任公司，山西长治0 4 6 2 0 4 摘要为了探讨高温作用对煤样力学性质与声发射特征的影响机制。利用煤样经历1 0 0 ，2 0 0 ， 3 0 0 ，4 0 0 和5 0 0 ℃高温自然冷却后，在单轴压缩过程中同步声发射信息检测，而后将碎煤块在J S M 一6 3 9 0L v 电镜进行了微观结构扫描。分析了经历不同高温自然冷却后煤样微观结构和单轴压缩 过程中的变形、强度与声发射特征。研究结果表明①高温后煤样在单轴压缩过程中可分为压密、 弹性、屈服和破坏4 个阶段，经历温度越高压密和屈服阶段越明显，峰值后应力跌落速度有所减缓； ②高温后坚硬煤样的弹性模量、变形模量和抗压强度随温度升高呈阶段性降低，在1 0 0 和5 0 0 ℃ 高温对煤样弹性模量、变形模量和抗压强度的影响显著。在1 0 0 ～4 0 0 ℃高温，高温对煤样弹性模 量、变形模量的影响作用相差不大。与常态2 5 ℃煤样比较，经历1 0 0 ，2 0 0 ，3 0 0 ，4 0 0 和5 0 0 ℃高温 后，煤样弹性模量平均降幅依次为1 9 ．7 ％，1 9 ．8 ％，2 4 ．2 ％，3 4 ．3 ％和7 7 ．4 ％，抗压强度平均降幅依 次为4 7 ．8 8 ％，4 9 ．9 9 ％，5 6 ．2 4 ％，5 6 ．9 1 ％和8 7 ．5 7 ％；③高温后坚硬煤样在单轴压缩变形破坏过程 中始终伴随有声发射信息，在煤样加载过程中的声发射幅值、计数、能量和应力一时间曲线具有较 好地对应关系，不同高温后煤样的声发射特征存在差异，声发射的幅值、计数和能量最大值并非同 时发生，声发射累计幅值与时间曲线转折点早于累计计数和能量曲线转折点，且随着温度增加累计 幅值与时间曲线转折点提前，而累计计数和能量曲线转折点推迟现象；④高温后煤样声发射参数 与温度的关系具有分段特征，其累计幅值和计数随温度升高先增加后降低，累计能量随温度变化具 有波动性；⑤高温后煤样的抗压强度与声发射累计幅值、计数和能量没有确定关系，抗压强度和声 发射参数是煤样破坏不同属性反映。经历1 0 0 ～5 0 0 ℃高温作用后煤样结构发生了变化，煤样内部 裂隙数目和尺度随温度增加而增加，煤样内部结构变化是导致煤样力学性质劣化的原因。 关键词岩石力学；高温后煤样；单轴压缩；变形强度；声发射特征 中图分类号T D 3 1 3文献标志码A文章编号0 2 5 3 9 9 9 3 2 0 2 0 0 2 0 6 1 3 1 3 D e f ．0 r m a t i o ni n t e n s i t ya n da c o u s t i ce m i s s i o nc h a r a c t e r i s t i c so fh a r dc O a ls a m p l e u n d e ru n i a 】| 【i a lc o m p r e s s i o na f t e rl l i g ht e m p e r a t u r e S UC h e n g d o n 9 1 ，- 。S O N GC h a n g s h e n 9 1 一，S UF a q i a n 9 1 ，2 ，3 1 ．_ s c ‰fo ，E 耻哪， 如，聊n 蒯E ，研删e r i 昭，执舾nP o 机8 如n 耙眈西e 胎毋，J 驰n 础o4 5 4 0 0 3 ，m i 舳；2 ．c o l f n 6 0 厂n 砌e 胁凡o m 肋nc e 凡￡e r 旷c 0 Ⅱf ％mS q 居￡y ， 侬∞nP r o 秽i ，聊，血l o 飙加4 5 4 0 0 3 ，锄i 凡n ；3 ．S 施麟i 血’肌胁n i n g G r 0 叩 c 0 ．，“d ．，C k ，财i0 4 6 2 0 4 ，c i 凡n 收稿日期2 0 1 9 0 2 一1 5修回日期2 叭9 一0 4 1 4责任编辑常琛 基金项目国家自然科学基金资助项目 u 1 5 0 4 5 2 9 ；河南省教育厅自然科学研究计划资助项目 2 0 1 0 A 4 4 0 0 2 ；河南省科技厅科技攻关资助 项目 1 8 2 1 0 2 3 1 0 0 2 0 作者简介苏承东 1 9 6 l 一 ，男，陕西佛坪人，教授级高级工程师。E m a i l s u c d h p u ．e d u ．c “ 通讯作者宋常胜 1 9 7 7 一 ，男，江苏睢宁人，副教授，博士。E m “l s o n g c o l e h p I Le d u ．c n 万方数据 6 1 4 煤炭学报 2 0 2 0 年第4 5 卷 A 腑r a c t I no e rt oe x p l o r et h em e c h a n i s mo fh i g ht e m p e r a t u r ee Ⅱ．e c to nt h em e c h a n i c a l m i s s i o nc h a r a c t e r i s t i c so fc o a ls a m p l e s ，世e rn a t u m lc o o l i n ga t1 0 0 ，2 0 0 ，3 0 0 ，4 0 0a n d5 0 0 p 1 ．o p e n i e sa n da c o u s t i ce d e g r e e sC e l s i u s ，t h eA Ei n - f o m a t i o no fc o a ls a m p l e sw a sd e t e c t e ds y n c h r o n o u s l yd u r i n gu n i a x i a lc o m p r e s s i o n ，a n dt h e nt h ef h g m e n t sw e r e s c a n n e db yJ S M - 63 9 0L Ve l e c t m nm i c r o s c o p y ．W i t ht h en a t u m lc o o l i n ga f t e rd i f j f e r e n tt e m p e r a t u r e sh e a t i n g ，t l I em i c r o s t m c t u r eo fc o a ls a m p l e sa n dt h ed e f o 肿a t i o n ，s t r e n g t ha n da c o u s t i ce m i s s i o nc h a r a c t e r i s t i c so fc o a ls a m p l e sd u r i n gu - n i a x i a lc o m p r e s s i o nw e r ea n a l y z e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a t ①t h ed e f o 咖a t i o no fc o a ls 锄p l ea f t e rt h eh i g ht e m p e m t u r e c a nb ed i V i d e di n t of o u rs t a g e s ，i ．e ．c o m p a c t i o n ，e l 鹳t i c i t y ，y i e l da n dd a m a g ei nt l l ep m c e s so fu n i a c i a lc o m p r e s s i o n ． T h eh i g h e rt h et e m p e r a t u r e se x p e r i e n c e d ，t h em o r eo b v i o u st h ec o m p a c t i o na n dy i e l ds t a g e s ．A f t e rp e a k ，t h es t r e s sd r o p i ss l o w e d ；②A f k rh i g ht e m p e m t u r eh e a t i n g ，t h ee l a s t i cm o d u l u s ，d e f 确a t i o nm o d u l u sa n dc o m p r e s s i v es t r e n g t ho f h a r dc o a ls a m p l e sd e c r e a s ew i t ht e m p e m t u r ei n c r e a s e sp e r i o d i c a l l y ．T h e1 0 0 ℃a n d5 0 0 ℃h i g ht e m p e r a t u r e sh a v ea s i g n i f i c 肌ti Ⅲl u e n c eo ne l a s t i cm o d u l u s ，d e f o 咖砒i o nm o d u l u sa n dc o m p r e s s i v es t r e n g t h ．I n1 0 0 一z “ 0 ℃t e m p e r a t u r e r a n g e ，t h et e m p e r a t u r e sh a V et h es a m ei 1 1 f l u e n c eo fe l a s t i cm o d u l u s ，d e f o m a t i o nm o d u l u sa n dc o m p r e s s i v es t r e n g t ho f t h ec o a ls a m p l e s ．C o m p a r e dw i t ht h ec o a ls a m p l e sa tan o 珊a l2 5 ℃，t h ea v e r a g ed e c r e a s e s0 fe l a s t i cm o d u l u so fc o a l s 锄p l e s 撕e r1 0 0 ，2 0 0 ，3 0 0 ，4 0 0a n d5 0 0 ℃h e a t i n gw e r e1 9 ．7 ％，1 9 ．8 ％，2 4 ．2 ％，3 4 ．3 ％a n d7 7 ．4 ％r e s p e c t i v e l y ， a n dt h ea V e r a g ed e c r e a s e so fc o m p r e s s i V es t r e n 伊hw e r e4 7 ．8 8 ％，4 9 ．9 9 ％，5 6 ．2 4 ％，5 6 ．9 l ％a n d8 7 ．5 7 ％r e s p e c t i V e l y ；③T h ed e f o m a t i o na n df a i l u r ep r o c e s su n d e ru n i a i a lc o m p r e s s i o na r ea l w a y sa c c o m p a n i e db ya c o u s t i ce m i s s i o n i n f o m a t i o n ．T h ea c o u s t i ce m i s s i o na m p l i t u d e ，c o u n t ，e n e r g y ，a n ds t r e s s - t i m ec u n r eh a v eb e t t e rc o r r e s p o n d i n gr e l a t i o n s h i p sd u n gt h e p e m t u r e sh e a t i n g l o a d i n go nc o a ls a m p l e s ．T h ea c o u s t i ce m i s s i o nc h a r a c t e r i s t i c so fc o a ls a m p l e 世e rd i f f e r e n t h i g ht e m - a r ed i f r e r e n t ．T h em a x i m u ma m p l i t u d e ，c o u n ta n de n e r g yo fa c o u s t i ce m i s s i o n d o e sn o to c c u ra tt h e s a m et i m e ．’I ．h ea c o u s t i ce m i s s i o nt o t a la m p l i t u d ea n dt i m ec u n r et u m i n gp o i n ti se a d i e rt h a nt h ec u m u l a t i V ec o u n ta n d e n e r g yc u Ⅳet u m i n gp o i n t ，a n dw i t ht h ei n c r e a s eo ft e m p e r a t u r e ，t h ea c c u m u l a t i v ea m p l i t u d ec u r v et u m i n gp o i n ta n d t i m ec u r v et u m i n gp o i n to c c u re a J l i e r ，a n dt h ec u m u l a t i v ec o u n t sa n de n e r g yc u n ，et u m i n gp o i n to c c u r sl a t e r ；④A f t e r h i g ht e m p e r a t u r e ，t h ea c o u s t i ce m i s s i o np a m m e t e r sa n dt e m p e r a t u r eo fc o a ls a m p l e sh a v es e g m e n t e dc h a r a c t e r i s t i c s ， a n dt h e i rc u m u l a t i V e 锄p l i t u d ea n dc o u n ti n c r e a s e6 r s tt h e nd e c r e a s e sw i t ht h ei n c r e a s eo ft e m p e r a t u r e ，a n dt h ea c c u - m u l a t i V ee n e r g ，n u c t u a t e sw i t ht h ec h a n g eo ft e m p e r a t u r e ；⑤T h e r ei sn od e f i n i t er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ec o m p r e s s i v e s t r e n g t h s t r e n g t h o ft 1 1 ec o a ls a m p l ea n dt h ec u m u l a t i v ea m p l i t u d e ，c o u n ta n de n e r g yo ft h ee m i s s i o n ，a n dt l l e c o m p r e s s i v e a n da c o u s t i ce m i s s i o np a r a m e t e r sa r et h ed i f 亿r e n tp r o p e n i e so ft h ec o a ls a m p l e s ．T h es t m c t u r eo fc o a ls a m p l e s h 鹕c h a n g e d础e rh i g ht e m p e r a t u r ea c t i o na t1 0 0 5 0 0c C ．，1 1 l en u m b e ra n ds c a l eo fc r a c k si nc o a ls 砌p l e si n c r e a s e w i t ht h ei n c r e 鹅eo ft e m p e m t u r e ．T h ec h a n g eo fi n t e m a ls t r I l c t u r eo fc o a ls a m p l e si st h ec a u s eo fd e t e r i o r a t i o no fm e - c h a n i c a lp r o p e r t i e so fc o a ls a m p l e s ． 1 【e yw o H b r o c km e c h a n i c s ；c o a ls a m p l e sa f t e rh i g ht e m p e r a t u r e ；u n i a x i a lc o m p r e s s i o n ；d e f o 珊a t i o ns t r e n g t h ；a c o u s t i c e m i s s i o nc h a r a c t e r i s t i c s 近年来在能源开采过程中，例如煤炭地下气化、 煤炭地下液化及煤层气的原位注热开采⋯等的共同 特点是地下煤岩体均处在不同高温环境中。煤体是 一种孑L 隙一裂隙双重结构的多孑L 性有机成沉积岩石， 环境温度是影响煤岩体力学性质的重要因素之一。 与常温条件相比，高温作用后煤岩体的力学性质和声 发射特征都具有温度效应，研究这些实际工程围岩开 挖、支护技术以及围岩运行过程的稳定等问题的前期 手段之一是数值模拟，而室内高温作用后煤岩体的力 学性质的测试是必须的基础性工作。研究高温后煤 岩体力学性质及声发射特征随温度的变化规律将有 助于上述工程问题的解决，因此，高温后煤样的力学 性质及声发射特征研究成为了岩石力学及工程研究 的新课题。高温作用后导致煤岩结构变化，致使煤岩 体力学性质和声发射特性发生变化。声发射技术作 为研究岩石类材料失稳、破裂及演化过程的一个良好 工具，已被广泛应用于岩石类材料破裂失稳机制的研 究。因此，开展高温后煤岩力学性质和声发射特性研 究具有学术与工程应用价值。 有关高温后岩石力学性质与声发射特征方面， 学者已进行了大量的试验研究，取得了丰硕的研究 成果‘2 。1 0 1 ；例如张渊等‘2 1 对温度作用过程中长石 细砂岩的声发射现象进行研究，结果认为7 0 一 9 0 ℃是长石细砂岩裂纹发育的门槛值；吴刚等‘33 对 万方数据 第2 期 苏承东等高温作用后坚硬煤样单轴压缩过程中的变形强度与声发射特征 6 1 5 不同高温后砂岩进行了单轴压缩下的声发射测试， 结果认为在4 0 0 ℃以内温度对砂岩峰值强度和声 发射特征的影响不太明显，超过6 0 0 ℃后砂岩内部 结构劣化声发射现象较为明显，随着温度升高产生 声发射信号的时间有所推迟，声发射信号增长率不 断上升；R U D A J E VV 等H 1 指出，单轴受压岩石破坏 的前兆特性是声发射累计事件率的突增。翟松韬 等K 。6 1 对在经历2 0 8 0 0 ℃高温后花岗岩和大理岩 单轴压缩下的声发射特征进行试验研究，分析了升 温过程中花岗岩振铃计数率随时间的变化规律以 及加载过程中花岗岩的声发射特征参量与应力一应 变之间的关系，同时从能量角度对高温单轴压缩条 件下岩石破坏的过程进行了分析；对大理岩加温过 程中大理岩产生了强烈的声发射信号，且随着温度 的升高而趋于活跃，经历4 0 0 ～8 0 0 ℃高温下大理 岩在加载过程中的声发射活动比其对应高温后的 更频繁。王德咏等po 对石灰岩经历1 0 0 ～8 0 0 ℃高 温后单轴压缩破坏过程中声发射过程进行了研究， 结果认为石灰岩峰值强度随着温度升高而不断降 低，低于4 0 0 ℃时破坏过程声发射振铃累计数均值 随着温度的升高而增加，超过4 0 0 ℃后随着温度的 升高而不断降低，计数阈值大致为4 0 0 ℃。张志镇 等【8o 通过高温后花岗岩的单轴压缩及声发射试验， 提出由累积声发射频数来表征损伤变量，依此损伤 变量导出温度一应力耦合模型；陈国飞等∽1 对高温 后大理岩进行单轴压缩变形强度和声发射特征研 究，结果认为超过2 0 0 ℃高温后大理岩峰值强度、 弹性模量和变形模量随着温度的升高而减小，声发 射试验得到的振铃计数与应力一时间曲线具有较好 地对应关系。J O H N S O N 和w A N G 等o - 1 研究美 国W e a t e r l y 花岗岩的热开裂现象，并同时考察了声 发射现象，结果表明美国W e a t e r l y 花岗岩在7 5 ℃ 左右产生热破裂并伴随有声发射现象，且加热速率 越大，声发射计数率越高，但加热速率对声发射的 阈值温度没有显著影响。A L S H A Y E A 利用声发射 考察了加热时岩石的损伤过程，测量了w e s t e r l y 花 岗岩在2 0 ～5 0 ℃时的断裂韧性引；J A N S E N 等开 展了热破裂室内模拟试验，研究了热破裂过程中声 发射时空演化规律并研究了试件内的波速场分布， 认为温度梯度是裂纹形成的最主要因素3 | 。 有关常温煤样力学性质与声发射特征方面，也已 取得了丰硕的研究成果。例如杨永杰和李术才 等4 。1 副在单轴加载下煤岩煤样声发射特征的响应规 律及煤样破坏过程中的损伤演化特征，将煤岩煤样的 损伤演化过程划分为初始损伤阶段、损伤稳定发展阶 段、损伤加速发展阶段和损伤破坏阶段。王恩元 等6 。1 7 1 对煤样单轴压缩煤体破裂过程中声发射效应 和频谱特征进行了研究，认为煤岩体的声发射效应反 映了煤岩体的内部损伤程度，并与其内部缺陷或损伤 演化直接相关；苏承东等8 。驯对煤样进行不同应力 路径和不同尺度下力学性质和声发射特征试验，结果 表明煤样在不同应力路径下加载变形破坏过程中产 生的声发射特征有所差异；大煤样变形、强度参数明 显低于标准煤样，而声发射事件的强度和数量明显高 于标准煤样，标准煤样的声发射特征值作为煤与瓦斯 突出及冲击地压等煤岩动力灾害预测、预报偏于保 守，采用大煤样的声发射特征值更加合理，而在这一 方面，D O N GG u o w e i 等心研究了在煤岩中不同波导 的声发射响应，对煤岩动态灾害的预测具有十分重要 的意义。P E R E R A 等旧2 1 对褐煤和黑煤样品进行了一 系列无侧限抗压强度试验。利用先进的声发射系统 来识别裂纹扩展行为的变化。L UY i y u 等旧刘对煤矿 的应力条件下的横侧水力压裂进行了物理实验，在实 验过程中，通过声发射系统对断裂进行了监测，来评 估裂缝起始点的位置。 上述学者对高温后岩石和常温煤样的力学性质 与声发射特征进行了研究，但对于高温后坚硬煤样力 学性质与声发射特征的研究相对较少。鉴于此，笔者 以赵固二矿二．煤样为对象，经历2 5 ～5 0 0 ℃高温后 煤样进行单轴压缩和声发射试验，分析经历不同高温 后煤样单轴压缩变形、强度与声发射特征。研究成果 可为煤炭地下气化、煤炭地下液化及煤层气的原位注 热开采方案设计提供参考。 1 煤样特征及试验方法 1 ．1 煤样特征 煤样采自河南煤化集团赵固二矿1 2 0 2 2 工作面 煤壁，编号分别为c 1 ，c 2 ，c 3 和C 4 ，煤块采用塑料薄 膜包裹送至实验室。在室内沿垂直层理钻取煤芯，然 后切割、磨削制成直径为5 0m m ，高1 0 0m m 标准煤 样，煤样端面平行度满足规程Ⅲ1 的要求。4 块煤共 制作3 0 个标准煤样，自然视密度为13 9 7 ～ 14 8 8k g ／m 3 ，平均值为l4 5 6k g ／m 3 ，离散系数为 1 ．8 3 ％，纵波波速分布在l9 0 8 23 2 7I n ／s ，平均值 为21 5 4n ∥s ，离散系数为6 ．1 3 ％，可见煤样具有一定 离散性，表明煤样非均质性，如图l 所示。 1 ．2 高温处理 将制备煤样采用K s w 一5 D 一1 2 型高温箱式电阻 炉进行高温处理，常温2 5 ℃ C 1 1 ～C 1 5 ，加热温度 设置1 0 0 ℃ C 1 6 一C 1 8 ，C 2 7 ，C 3 7 ，2 0 0c C C 2 1 万方数据 6 1 6 煤炭 学报 2 0 2 0 年第4 5 卷 图l 制作俪i 准煤样 F 嘻l M a k es t a m l a I I m ls a m p l e s C 2 3 ，C 4 4 ，C 4 8 ，3 0 0 ℃ C 3 l ～C 3 3 ，C 4 l ，C 4 5 ， 4 0 0 ℃ C 2 4 ～C 2 6 ，C 4 3 ，C 4 7 和5 0 0 ‘℃ C 3 4 ～C 3 7 ， c 4 2 。分次将煤样放入炉内调整温度控制到设定温 度值，开启电源开始升到设置温度后再恒温41 1 ，在炉 内自然冷却至室温，每级温度5 个煤样。 在煤样高温加热过程中观察到，在1 0 0 ～2 0 0c C 范围有少量水蒸汽溢出，并有淡淡C 0 ，味，在温度 3 0 0 ～5 0 0 ℃时排出大量挥发物 煤气和焦油 。在 1 0 0 ～2 0 0 ℃高温冷却后煤样表观没有明显变化， 3 0 0 ～5 0 0 ℃煤样宏观颜色由黑色逐渐变浅，高温后 煤样保持完整性，图2 为高温后部分煤样形态。 l U U “C2 U U ”C3 0 0 ”C4 0 0o C 5 0 0 。C 图2 高温后部分煤样形态 F i g ．2 C o a ls a n l p l e 南r n la f f e rh i g ht e m p e r a t u I - e 1 ．3 试验方法 试验在R M T 一1 5 0 B 电液伺服岩石试验系统上进 行，如图3 所示。轴向荷载采用10 0 0k N 力传感器 测量，载荷精度为1 ．0 1 0 。k N ，轴向压缩变形采用 5 ．0m m 位移传感器测量，环向变形采用2 个2 ．5m m 位移传感器测量，变形精度为1 ．0 1 0 ～n Ⅷ。试验时 采用位移方式，加载速率为0 ．0 0 2m n ∥s 。在煤样加 载过程中采用D S 一5 型8 通道的声发射检测与分析 系统同步监测声发射信息，声发射传感器布置在煤样 中部两侧，传感器与煤样之间采用耦合剂耦合绝缘胶 带固定，采样频率设为3M H z ，门槛值设为5 0 ，放大倍 数4 0d B ，声发射传感器R S 一2A 频率为1 5 0k H z 。监 测过程中采集系统实时记录声发射的幅值、计数和能 量等参数。 图3 l { M T 1 5 0B 电液伺服岩石试验系统 F i g ．3 R M T 一15 0Be l e c t r o h y d r a u l i ’s e r v or o c kt e s ts y s t e I n 2 试验结果与分析 2 ．1 变形特征 表l 给出了常温和高温后3 0 个煤样单轴压缩试 验结果，表1 中7 1 为温度；R 。研和肛分别为煤样单 轴抗压强度，弹性模量和泊松比；∑‘4 ，∑／v 和∑￡ 分别为煤样单轴压缩过程中声发射幅值、计数和能量 的累计’值。 图4 给出3 0 个煤样单轴压缩试验全程应力一应 变对比曲线。由图4 可以看出，在单轴压缩过程中应 力一应变曲线具有压密、弹性、屈服和破坏4 个阶段， 经历不同高温后煤样单轴压缩过程中应力一应变曲 线特征有所不同。常温2 5 ℃时的5 个煤样单轴压缩 应力一应变曲线峰值前表现出良好线性特征，如图 4 a 所示，其压密和屈服阶段不明显，峰值后多数煤 样出现应力瞬问跌落，例如c l l ，c 1 2 和c 1 3 煤样，个 别煤样出现台阶式跌落现象，例如C 1 4 和C 1 5 ，表现 出坚硬煤样完整和强脆性特征。 与图4 a 相比，经历1 0 0 ℃高温后5 个煤样单 轴压缩过程中的压密和屈服阶段有所显现，除C 1 7 煤样峰值后出现应力瞬间跌落外，其余4 煤样均出现 台阶式跌落现象有所减缓，如图4 b 所示。经历 2 0 0 ～3 0 0 ℃高温后煤样单轴压缩过程应力一应变曲 线特征大致相同，其压密和屈服阶段明显增加，其中 c 4 l ，c 4 4 和c 4 8 煤样仍然出现峰值后应力瞬问跌 落，其余c 2 1 ～c 2 3 ，c 3 2 ，c 3 3 煤样仍出现台阶式跌落 现象，C 3 l 煤样在峰值附近具有明显屈服平台，而峰 值后应力随着压缩变形增加『f 『『逐渐降低，如图4 c ， d 所示。 万方数据 第2 期苏承东等高温作用后坚硬煤样单轴压缩过程中的变形强度与声发射特征 6 1 7 表l高温后煤样单轴压缩试验结果 T a M elT e s tr 舔山t so f ∞砌s 锄p ku I I j a x i a l ∞m p 懈s i 蚰a f t e rm g l It e m p e 糟t u r e ∥ N o ． R ／V u ∑A ／∑Ⅳ／∑E ／ ∥ N o ． ‘。／断／ 。∑A ／∑Ⅳ／∑E ／ ℃ M P aG P a ’ 1 0 61 0 61 0 6 ℃ M P aG P a ’ 1 0 61 0 61 0 6 C l l4 8 ．4 94 ．4 40 ．4 31 ．7 lO ．3 62 ．0 6c 3 l2 3 ．O l2 ．7 2O ．2 89 ．2 52 ．7 l4 ．5 3 C 1 25 7 ．3 l4 ．2 90 ．4 01 ．3 4O ．5 62 ．2 9c 3 21 7 ．1 I2 ．9 10 ．2 5 5 ．8 22 ．7 0 7 ．0 4 C 1 35 7 ．0 8 4 ．4 0O ．3 71 ．3 10 ．7 36 ．4 6c 3 31 9 ．0 23 ．7 00 ．3 72 ．9 31 ．7 94 ．3 5 2 5 3 0 0 C 1 45 7 ．3 54 ．2 5O ．4 32 ．0 0O ．9 3O ．5 2C 4 l3 1 ．6 93 ．2 6O ．2 96 ．1 32 ．0 25 ．2 3 C 1 56 4 ．2 04 ．4 7O ．3 91 ．8 3O ．9 87 ．9 6c 4 53 3 ．6 43 ．9 80 ．2 71 ．6 41 ．1 53 ．5 0 均值 5 6 ．8 94 ．3 7O ．4 01 ．“O ．7 l3 ．8 6 均值 2 4 ．8 93 ．3 lO ．2 95 ．1 52 ．0 74 ．9 3 C 1 62 0 ．43 ．4 0O ．3 69 ．9 4O ．91 ．9 0C 2 42 7 ．6 73 ．1 lO ．2 71 ．2 9O ．6 81 ．3 5 C 1 72 2 ．6 83 ．5 4O ．4 05 ．9 l1 ．7 I 5 ．1 5C 2 52 4 ．4 62 ．7 6O ．3 32 ．3 5O ．6 81 ．7 6 C 1 82 3 ．5 93 ．5 4O ．3 73 ．9 2I ．0 l2 ．8 0C 2 61 8 ．8 72 ．6 8O ．2 42 ．8 4O ．6 73 ．7 l 1 0 04 0 0 C 2 74 1 ．4 2 3 ．6 8O ．2 26 ．5 5I ．2 33 ．7 6c 4 33 5 ．9 73 ．4 5O ．2 9O ．9 4O ．7 72 ．2 l C 3 74 0 ．1 43 ．3 8O ．4 23 ．3 l1 ．0 I2 ．4 5C 4 71 5 ．6 02 ．3 6O ．2 52 ．8 42 ．1 35 ．7 3 均值 2 9 ．6 53 ．5 lO ．3 55 ．9 31 ．1 73 ．2 l 均值2 4 ．5 l2 ．8 7O ．2 82 ．0 5O ．9 9 2 ．9 5 C 2 l2 0 ．5 7 3 ．6 8O ．3 27 ．1 72 ．5 l5 ．9 lC 3 45 ．2 4O ．4 lO ．2 54 ．7 2O ．9 I2 ．8 7 C 2 22 6 ．9 33 ．5 2O ．3 41 ．3 3I ．6 l6 ．0 6C 3 54 ．6 40 ．5 6O ．3 32 ．3 4I ．8 52 ．9 7 C 2 32 6 ．4 63 ．7 5O ．3 32 ．2 5O ．9 72 ．5 6C 3 6I ．2 50 ．2 8O ．3 4O ．7 9O ．1 6O ．4 6 2 0 05 0 0 C 4 43 9 ．5 83 ．5 6 O ．2 96 ．2 I1 ．0 72 ．4 6C 3 77 ．5 91 ．3 2O ．2 81 ．6 61 ．4 25 ．6 3 c 4 82 8 ．7 l 3 ．0 2O ．3 99 ．7 52 ．5 27 ．7 4C 4 21 6 ．6 42 ．3 6O ．3 23 ．3 64 ．6 8I O ．6 8 均值 2 8 ．4 53 ．5 l0 ．3 35 ．3 41 ．7 44 ．9 5 均值 7 ．0 7O ．9 9O ．3 02 ．5 71 ．8 l4 ．5 2 8 。 6 0 案4 。 2 0 O 5l O1 52 02 5 ￡／l O 一， a 2 5 ℃ 4 0 3 0 董o b l O 5l O 1 52 0 0 ￡门