煤升温过程中声发射信号变化及产生机制研究

摘要

煤自燃预警存在火灾信息感知难的问题,基于煤岩热损伤破坏产生的声发射信号能够进行温度感知,进而预警煤自燃演化的状态。为研究煤在升温及燃烧过程中声发射信号变化,探究煤自燃过程中不同温度阶段煤释放的声发射信号差异及时域、频域变化,并研究声发射产生机制,可为声发射信号反演煤体温度、监测煤自燃提供理论基础。构建了声发射信号测试系统,选取东滩煤矿的烟煤进行试验,测试煤在升温过程中的声发射信号,分析煤在温度作用下变形破裂演化过程以及煤体成分变化,探讨煤升温过程中的声发射信号产生机制。研究表明:煤在升温过程中,伴随产生声发射信号,煤在升温直至燃烧过程中振铃计数呈阵发性增长,通过线性拟合得到相关系数超过0.87,表明煤在升温过程中变形破裂的频次呈增大的趋势;随着温度的升高,煤体产生声发射信号振铃计数增长率与声发射平均频率(AF值)在初始升温阶段较低,在快速升温时数值较高;累计损伤参数在煤温超过80℃时出现拐点,主要损伤模式由快速扩展损伤变为渐进式损伤。通过分析不同温度煤体结构和成分的宏微观变化可知,随着温度升高,煤中的矿物转化速率影响煤体内部主要损伤模式,高矿物转化速率对应煤体内部快速扩展损伤,促使煤体孔裂隙衍生扩展,产生逐渐增大的声发射信号。