三轴循环加卸载作用下煤样的声发射特征

何 俊，潘结南，王安虎

(1.河南理工大学 安全科学与工程学院，河南 焦作 454003；2.河南理工大学 资源环境学院，河南 焦作 454003)

三轴循环加卸载作用下煤样的声发射特征

何 俊1，潘结南2，王安虎1

(1.河南理工大学 安全科学与工程学院，河南 焦作 454003；2.河南理工大学 资源环境学院，河南 焦作 454003)

利用RMT-150B岩石力学试验机对煤样进行常规三轴、三轴循环加卸载作用下声发射试验，对不同加载条件下煤样的声发射特征进行分析。分析结果表明:在常规三轴压缩过程中声发射能量、累计计数和累计能量随时间变化趋势基本一致，均能较好反映煤样内部的破坏过程；在煤样循环加卸载过程间隔出现声发射信息，其能量、计数和幅值变化趋势一致，与煤样所受应力相吻合；煤样在常规三轴和循环加卸载破坏过程中声发射突变点在峰值应力的85%左右，可以作为判定煤样破坏的前兆；在循环加卸载过程中Felicity效应较明显，Felicity比值FR远小于1，随着循环应力水平提高，FR值不断降低，表明循环加卸载过程中声发射记忆具有超前特征，Kaiser效应的记忆效果较差，Kaiser效应作为煤体稳定性指标需谨慎。

三轴压缩；循环加载；声发射；Kaiser效应；Felicity效应

在岩石工程领域经常会遇到循环荷载的作用，比如采煤工作面回采过程中，前方煤体受超前移动支承压力以及动压的影响，煤体始终处于加卸载作用，采煤工作面矿压显现表现出明显周期性。为更好地了解煤岩在循环荷载作用下的声发射特征，有必要对三轴循环加卸载作用下煤样的声发射特征进行深入研究。开展煤岩声发射特征研究有助于认识煤岩破坏机理，揭示冲击地压、煤与瓦斯突出等动力灾害的声发射前兆信息特征，对煤岩动力灾害的预测预报具有重要应用价值。

对于煤岩声发射特性的研究已经有大量成果发表。李庶林等[1-5]对岩石不同加卸载方式的声发射特征进行研究；曹树刚等[6-7]研究认为煤样在单轴和三轴压缩作用下声发射有所不同，围压作用下破坏前无明显相对平静期现象，声发射主频频率范围与受力条件相关，三轴压缩主频范围明显高于单轴压缩的结论；艾婷等[8]进行了不同围压下煤样三轴压缩的声发射定位实验，寻求研究煤岩破裂过程中 AE时序特征、能量释放与空间演化规律；刘保县等[9-11]对型煤和原煤单轴压缩煤岩的损伤演化及声发射特性进行试验研究，建立基于声发射特性的单轴压缩煤岩损伤模型得出煤岩的损伤演化曲线和方程；李玉寿等[12]对煤样在单轴三轴压缩及孔隙水作用下的声发射特征进行了研究；赵洪宝等[13]研究了含瓦斯煤样在三轴压缩过程中的声发射特性，建立了基于声发射特性的含瓦斯煤岩损伤方程；苏承东等[14]对煤样常规单轴、三轴和卸围压加载路径条件下，煤样的变形、强度及声发射特征进行系统分析；王恩元等[15-16]对单轴煤体破裂过程中声发射和电磁辐射的规律进行分析；张广清等[17-19]对不同加载路径下岩石Kaiser效应进行了研究。

上述研究仅针对煤岩样在单轴和三轴加载破坏过程的声发射特征，对于煤样三轴循环加卸载作用下的声发射特征尚不够清楚。鉴于此，本文采用RMT-150B岩石力学试验机对煤样进行三轴循环加卸载作用下的声发射试验,分析其声发射特征。研究成果可望对冲击地压、煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害的预测预报提供参考。

1 煤样特征与试验方法

1.1 煤样特征

试验煤样取自晋煤集团成庄煤矿，从工作面煤壁上选取比较完整的大煤块，在室内沿垂直层理方向采用密集布孔钻取，加工成直径50mm、长度100mm 的圆柱体煤样，煤样两端不平行度小于0.05mm，加工精度满足规程[20]的要求，自然密度为1359～1411kg/m3，平均密度为1382kg/m3。

1.2 试验方法

试验加载采用RMT-150B岩石力学试验系统，声发射测试采用北京科海恒生科技有限公司生产的CDAE-1声发射检测与分析系统。试验采用常规三轴和三轴加卸载方式，围压为5,8和15MPa，每个围压下两种加载路径各进行一个煤样，共计6个煤样。三轴加卸载时，在煤样峰值前后不同应力水平进行加卸载2～3次。在煤样三轴压缩加载过程中实时监测声发射信息，声发射采样频率为1.5MHz，门槛值设定为45dB；载荷、变形采样频率5Hz。采用位移控制加载速率为0.005mm/s，试验过程中系统自动采集记录载荷、变形、声发射能量、计数和振幅等参数。

2 试验结果分析

对于煤岩体声发射监测技术的应用来说，主要是依据声发射参数对时间的变化过程来对煤岩体的稳定性进行评价，时间是监测预报的基本变量。基于此，采用声发射能量(E)、累计能量(ΣE)、声发射计数(N)、累计计数(ΣN)、幅值(A)和累计幅值(ΣA)与时间变化，分析三轴循环加卸载作用下煤样的声发射特征。

2.1 常规三轴压缩时声发射特征

图1为M1煤样常规三轴压缩过程中的声发射特征检测结果(限于篇幅，煤样M3，M5试验结果略)。从图1可以看出，煤样常规三轴压缩过程中声发射特征有以下规律:

图1 常规三轴压缩过程中声发射检测结果Fig.1 AE test results of coal samples under triaxial compression

(1)在加载初期的压密阶段(0<σ1≤18.0MPa)，产生少量声发射信息，偶尔出现较大声发射信息，且具有很大波动性，声发射能量和计数较少，幅值明显偏低，幅值一般不超过55dB。可以理解为煤样在较低应力作用下，煤样内部某些原始裂纹闭合过程及闭合后，部分粗糙面咬合破坏都会产生声发射信息。此阶段，声发射累计能量(ΣE)、累计计数(ΣN)和累计幅值(ΣA)与时间曲线缓慢上升。

(2)随着应力进入弹性阶段(18.0MPa<σ1≤42.0MPa)时，其应力与应变大致成线性关系，表现出煤样的弹性特征，煤样所受应力不足以形成新微裂纹，声发射活动仍然较少，幅值变化不大。表明煤样内部某些闭合裂纹发生滑移产生能量较低声发射信息，此阶段，声发射累计能量(ΣE)、累计计数(ΣN)和累计幅值(ΣA)与时间曲线趋于平缓。

(3)继续增加应力进入屈服阶段(42.0MPa <σ1≤50.7 MPa)时，煤样初步损伤发展过程中，煤样内部微裂纹逐渐产生，声发射开始趋于活跃，声发射计数、能量和幅值大幅增加，个别声发射幅值超过80dB。表明煤样内部由低能量小破裂逐渐向高能量大破裂转化。此阶段，声发射累计能量(ΣE)、累计计数(ΣN)和累计幅值(ΣA)与时间曲线明显变陡，3条曲线斜率显著增加。

(4)当应力增加至峰值应力(50.66 MPa)时，煤样内部微裂纹发生聚合、贯通形成宏观破裂面，声发射活动异常活跃，破坏瞬时声发射能量、计数和达到最大值，幅值达到90dB。随后煤样内部沿某破裂面产生宏观滑移，宏观裂隙滑移过程中爬坡啃齿现象，应力跌落过程中声发射计数和能量仍然较高，声发射信息随应力降低而逐渐减少，此阶段，声发射累计能量(ΣE)、累计计数(ΣN)和累计幅值(ΣA)与时间曲线趋于平缓。

从上述分析可以看出:煤样三轴压缩过程中产生声发射能量、累计计数和累计能量随时间变化趋势基本一致，均能较好反映煤样内部的破坏过程，声发射突变点在峰值应力的85%左右，可以作为判定煤样破坏的前兆。

2.2 三轴循环加卸载时声发射特征

图2为M4煤样三轴循环加卸载变形过程中的声发射测试结果(限于篇幅，煤样M2，M6试验结果略)。

图2 煤样三轴加卸载试验过程中声发射检测结果Fig.2 AE test results of coal specimen under triaxial loading and unloading

从图2可以看出，煤样M4三轴循环加卸载过程中声发射特征有以下规律:

(1)第1次加载初期没有声发射信息，当第1次加载进行到12.38MPa时，开始有能量较低声发射信息，随着应力增加，声发射信息同步增加，累计能量(ΣE)、累计计数(ΣN)和累计幅值(ΣA)与时间大致成线性关系。当应力增加到46.09MPa(峰值强度的68.8%)进行第1次卸载。在卸载过程中仍然伴随有声发射信息，其强度与加载时相比有所减弱，幅值不超过50dB，累计参数(ΣE，ΣN和ΣA)随时间增加有所减缓。直到卸载应力低于18.72MPa后，声发射信息消失，而后累计能量(ΣE)、累计计数(ΣN)和累计幅值(ΣA)基本恒定。

(2)第1次卸载160s至第2次加载进行254s时间段，累计能量(ΣE)、累计计数(ΣN)和累计幅值(ΣA)与时间曲线基本保持水平。第2次加载进行到18.04MPa时，又出现少量声发射信息，随着应力增加，声发射信息同步增加，累计能量(ΣE)、累计计数(ΣN)和累计幅值(ΣA)与时间成线性关系。当轴向应力增加到56.43 MPa(峰值强度的84.2%)进行第2次卸载，卸载时声发射特征与第1次卸载时基本相同，当卸载应力低于17.85MPa以后，声发射信息又一次消失，累计能量(ΣE)、累计计数(ΣN)和累计幅值(ΣA)基本保持恒定。

(3)在第2次卸载420s至第3次加载时间489s时间段，累计能量(ΣE)、累计计数(ΣN)和累计幅值(ΣA)与时间曲线基本保持水平。第3次加载进行到16.78MPa以后，又会出现少量声发射信息，随着应力增加，声发射信息增加较快。当轴向应力高于49.53 MPa(峰值强度的74.33%)以后，进入屈服阶段，高能量的声发射信息急增，声发射事件数量增多，强度明显增大。此阶段，声发射累计能量(ΣE)、累计计数(ΣN)和累计幅值(ΣA)与时间曲线明显变陡，突变点在峰值应力的85%左右。表现出煤样的初步损伤发展过程，煤样内部微裂纹不断演化时声发射逐渐趋于活跃，能量、计数和幅值增加，标志煤样破坏前兆。

(4)当轴向应力达到66.99MPa时(峰值强度)，煤样内部微裂纹发生聚合、贯通，从而导致了宏观破裂面的形成，裂纹之间相互作用开始加剧，声发射事件异常活跃，其能量、计数和幅值迅速提高，煤样破坏瞬时声发射能量、计数和幅值均达到最大值。而后煤样沿某破裂面产生宏观滑移，轴向应力迅速跌落，煤样整体失去承载能力，声发射信息又迅速减少，声发射能量、计数和幅值也随即降低。当超过峰值后应力跌落到61.84MPa进行第3次卸载，当卸载应力低于11.67 MPa，声发射信息消失，累计能量(ΣE)、累计计数(ΣN)和累计幅值(ΣA)与时间曲线趋于平缓。

根据上述分析结果可以看出:煤样在循环加、卸载过程间隔出现声发射信息，其声发射能量、计数和幅值变化趋势一致，与煤样所受应力吻合，突变点在峰值应力的85%左右，峰值前没有出现明显平静期，这与文献[7]所得结论相同。

2.3 声发射Kaiser 效应特征

岩石材料在循环加、卸载过程中声发射信息具有记忆特征。当加载应力到前次加载最高应力时开始出现声发射信息，称为Kaiser效应；而当加载应力小于前次加载最高应力时声发射信息就开始显著增大，称为Felicity 效应。Kaiser效应记忆准确与否，可用 Felicity比值来衡量，该值越接近1表示记忆越准确，不可逆比值大于1表示岩石记忆滞后，反之则表示记忆超前[19]，公式为

(1)

其中，σp为上次加载的最大应力；σk为出现连续声发射信号时所对应的应力值。为了比较煤样循环加、卸载过程中，卸载时声发射信息消失与加载出现声发射信息特征，引入平静效应比值，即加载出现声发射信息时所处应力与上次卸载时声发射信息消失所处应力的比值，公式为

(2)

其中，σn为上次卸载时声发射信息消失所处应力；σm为加载出现声发射信息所处应力。这里需要说明的是:卸载声发射信息消失和加载出现声发射信息的门槛值为45dB。图3给出煤样三轴循环加卸载中应力、累计计数、累计能量和累计幅值与时间的关系。

由图3(a)可知，煤样M2在围压 5MPa循环加卸载条件下声发射特征。第1次加载进行到33 s，应力为10.69MPa时(A点)，开始出现声发射信息。继续加载到143 s，应力为46.26 MPa(峰值强度的83.4%)时(B点)第1次卸载，卸载进行到245s,应力为11.29MPa时(C点)，声发射信息消失，直到第2次加载进行到368s,应力12.39MPa时(E点)，出现声发射信息，FR=0.28，AR=1.10。第2次加载进行到493 s,应力为50.66 MPa(峰值强度)时(F点)，声发射信息均达到最大值，而后进行第2次卸载，卸载进行到570s,应力为10.93 MPa时(G点)，声发射信息又一次消失。在第3次峰后加载进行到795s,应力10.92MPa时(I点)，又一次出现声发射信息，FR= 0.22，AR=1.0。在第3次加载进行到864s,应力为47.99MPa(峰值强度的93.7%)时(J点)，声发射信息剧增，第3次卸载到945s,应力为20.07 MPa时(K点)，声发射信息消失。

图3 煤样声发射特征参数与时间的关系Fig.3 Relationship between AE characteristics parameters of coal specimens and time

由图3(b)可知，煤样M4在围压 8MPa循环加卸载条件下声发射特征。第1次加载进行到32s,应力为12.38MPa时(A点)，开始出现声发射信息。继续加载到108s,应力为46.09MPa(峰值强度的68.8%)时(B点)进行第1次卸载，卸载进行到160s,应力为18.72MPa时(C点)，声发射信息消失。直到第2次加载进行到254s,应力18.04MPa时(E点)，出现声发射信息，FR=0.39，AR=0.96。第2次加载进行到331s,应力为56.43 MPa(峰值强度的84.2%)时(F点)进行第2次卸载，卸载进行到402s,应力为17.85MPa时(G点)，声发射信息又一次消失。在第3次加载进行到496 s应力16.78MPa时(I点)，又出现声发射信息，FR=0.30，AR=0.94。在第3次加载进行到560s,应力为49.53 MPa(峰值强度的73.4%)时(J点)进入屈服阶段，声发射信息大幅度增加，当加载进行到612s,应力66.99MPa(峰值强度)时(K点)，声发射信息增加到最大，第3次卸载进行到739s,应力为11.67 MPa时(L点)，声发射信息消失。

由图3(c)煤样M6在围压 15MPa循环加卸载条件下，第1次加载进行到34s，应力为15.68MPa时(A点)，开始出现声发射信息，继续加载进行到73 s,应力为31.42MPa(峰值强度的35.3%)时(B点)进行第1次卸载，卸载进行到121s应力为11.26 MPa时(C点)，声发射信息消失。直到第2次循环加载进行到172s,应力13.31MPa时(E点)，又一次出现声发射信息，FR=0.42，AR=1.18。第2次加载进行到321s,应力为76.44MPa(峰值强度的85.9%)时(F点)进行第2次卸载，卸载进行到469s,应力为10.19MPa时(G点)，声发射信息又消失。在第3次加载进行到516 s,应力9.36 MPa时(I点)，出现声发射信息，FR=0.15，AR=1.15。当第3次加载进行到711s,应力为89.0MPa(峰值强度)时(J点)，声发射信息增加至最大值，第3次卸载进行到863 s,应力为9.38MPa时(K点)，声发射信息消失。

表1给出煤样M2，M4，M6三轴循环加卸载条件下Felicity比值FR、平静效应比值AR，其中PR为峰值比值(上次循环最大应力与峰值强度的比值)。

表1循环加卸载时Felicity效应比值和平静效应比值
Table1Felicityratioandcalmeffectratiowhencyclicloadingandunloading

煤样PRFRARM20 8340 271 101 0000 221 00M40 6880 370 960 8420 300 94M60 3530 421 180 8590 151 15

从表1和图3可以看出，煤样循环加卸载过程中Felicity效应较明显，Felicity比值FR远小于1，大致分布在0.15～0.42，且随着循环应力水平提高，FR值不断降低，表明煤样循环加卸载时声发射记忆具有超前特征，这与文献[19]变化趋势大致相同。平静效应比值AR与循环应力水平高低关系不大，分布在0.94～1.18，平均值为1.06。表明在上次卸载与加载之间存在平静期。

对于节理裂隙发育的煤样而言，Kaiser效应记忆效果较差，Felicity比值FR远小于1，声发射记忆具有超前特征。可以解释为煤样内部布满原生微节理裂隙等微观缺陷，在煤样受循环载荷作用下裂纹扩展不仅受载荷控制，还受到原生微节理裂隙演化影响，当循环加载时应力能够使原生节理裂隙扩展时，就会产生声发射信息，这与完整性较好的岩石所检测的现象相比有所不同，这给记录煤样受力过程带来很大不确定性。而平静效应记忆比较准确，表明煤样无论是加载还是卸载，当应力低于某应力值时，煤样内部不会产生微裂隙和滑移现象。可见采用Kaiser效应作为煤体稳定性检测需谨慎。

3 结 论

(1)在常规三轴压缩过程中声发射能量、累计计数和累计能量随时间变化趋势基本一致，均能较好反映煤样内部破坏过程，突变点在峰值应力的85%左右，可以作为判定煤样破坏的前兆。

(2)在循环加卸载过程间隔出现声发射信息，其能量、计数和幅值变化趋势一致，与煤样所受应力吻合，突变点在峰值应力的85%左右，峰值前没有出现明显平静期。

(3)在循环加卸载过程中Felicity效应较明显，Felicity不可逆比值FR远小于1，随着循环应力水平提高FR值不断降低，表明循环加卸载过程的声发射记忆具有超前特征，Kaiser效应的记忆效果较差，这给记录煤样受力过程带来很大的不确定性，Kaiser效应作为煤体稳定性检测需谨慎。

[1] 李庶林，唐海燕．不同加载条件下岩石材料破裂过程的声发射特性研究[J]．岩土工程学报，2010，32(1):147-152. Li Shulin,Tang Haiyan.Acoustic emission characteristics in failure process of rock under different uniaxial compressive loads[J]．Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2010，32(1):147-152.

[2] 张晖辉，颜玉定，余怀忠，等．循环载荷下大试件岩石破坏声发射实验—岩石破坏前兆的研究[J]．岩石力学与工程学报，2004,23(21):3621-3628. Zhang Huihui,Yan Yuding,Yu Huaizhong,et al.Acoustic emission experimental research on large-scaled rock failure under cycling load-fracture precursor of rock[J]．Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2004，23(21):3621-3628.

[3] 蒋 宇，葛修润，任建喜．岩石疲劳破坏过程中的变形规律及声发射特性[J].岩石力学与工程学报，2004，23(11):1810-1814. Jiang Yu,Ge Xiurun,Ren Jianxi.Deformation rules and acoustic emission characteristics of rocks in process of fatigue failure[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2004，23(11):1810-1814.

[4] 陈宇龙，魏作安，张千贵.等幅循环加载与分级循环加载下砂岩声发射Felicity 效应试验研究[J]．煤炭学报，2012，37(2):226-230. Chen Yulong，Wei Zuoan，Zhang Qiangui.Experimental study on Felicity effect of acoustic emission in rock under cyclic loading and tiered cyclic loading[J].Journal of China Coal Society，2012，37(2):226-230.

[5] 张 茹，谢和平，刘建锋，等．单轴多级加载岩石破坏声发射特性试验研究[J].岩石力学与工程学报，2006，25(12):2584-2588. Zhang Ru,Xie Heping,Liu Jianfeng,et al.Experimental study on acoustic emission characteristics of rock failure under uniaxial multilevel loadings[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2006,25(12):2584-2588.

[6] 曹树刚，刘延保，张立强．突出煤体变形破坏声发射特征的综合分析[J]．岩石力学与工程学报，2007，26(S1):2794-2799. Cao Shugang,Liu Yanbao,Zhang Liqiang.Study on characteristics of acoustic emission in outburst coal[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2007，26(S1):2794-2799.

[7] 曹树刚,刘延保,李 勇,等．不同围压下煤岩声发射特征试验[J]．重庆大学学报，2009，32(11):1322-1327. Cao Shugang,Liu Yanbao,Li Yong,et al.Experimental study on acoustic emission characteristics of coal rock at different confining pressure[J]．Journal of Chongqing University，2009,32(11):1322-1327.

[8] 艾 婷，张 茹，刘建锋，等．三轴压缩煤岩破裂过程中声发射时空演化规律[J]．煤炭学报，2012，36(12):2048-2057. Ai Ting，Zhang Ru，Liu Jianfeng，et al.Space-time evolution rules of acoustic emission locations under triaxial compression[J].Journal of China Coal Society，2012，36(12):2048-2057.

[9] 刘保县，赵宝云，姜永东．单轴压缩煤岩变形损伤及声发射特性研究[J]．地下空间与工程学报，2007，3(4):647-650. Liu Baoxian,Zhao Baoyun,Jiang Yongdong.Study of deformation-damage and acoustic emission character of coal rock under uniaxial compression[J].Chinese Journal of Underground Space and Engineering，2007，3(4):647-650.

[10] 刘保县，黄敬林，王泽云，等.单轴压缩煤岩损伤演化及声发射特性研究[J]．岩石力学与工程学报，2009,28(S1):3233-3238. Liu Baoxian，Huang Jinglin，Wang Zeyun，et al.Study on damage evolution and acoustic emission character of coal rock under uniaxial compression[J]．Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2009,28(S1):3233-3238.

[11] 杨永杰，陈绍杰，韩国栋．煤样压缩破坏过程的声发射试验[J]．煤炭学报，2006，31(5):362-365. Yang Yongjie，Chen Shaojie，Han Guodong.Experimental on acoustic emission during compression rupture procedure of coal sample[J].Journal of China Coal Society，2006，31(5):362-365.

[12] 李玉寿，杨永杰，杨圣奇，等.三轴及孔隙水作用下煤的变形和声发射特性[J]．北京科技大学学报，2011，33(6):658-663. Li Yushou,Yang Yongjie,Yang Shengqi，et al.Deformation and acoustic emission behaviors of coal under triaxial compression and pore water pressure[J]．Journal of University of Science and Technology Beijing,2011,33(6):658-663.

[13] 赵洪宝，尹光志.含瓦斯煤声发射特性试验及损伤方程研究[J].岩土力学，2011，32(3):667-671． Zhao Hongbao,Yin Guangzhi．Study of acoustic emission characteristics and damage equation of coal containing gas[J]．Rock and Soil Mechanics，2011，32(3):667-671.

[14] 苏承东，高保彬，南 华，等．不同应力路径下煤样变形破坏过程声发射特征的试验研究[J]．岩石力学与工程学报，2009,28(4):757-766. Su Chengdong,Gao Baobin,Nan Hua,et al.Experimental study on acoustic emission characteristics of deformation and failure process of coal samples under different stress paths[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2009,28(4):757-766.

[15] 王恩元，何学秋，刘贞堂，等．煤体破裂声发射的频谱特征研究[J]．煤炭学报，2004，29(3):289-292. Wang Enyuan,He Xueiu,Liu Zhentang,et al.Study on frequency spectrum characteristics of acoustic emission in coal or rock deformation and fracture[J].Journal of China Coal Society，2004，29(3):289-292.

[16] 窦林名，何学秋．煤岩冲击破坏模型及声电前兆判据研究[J]．中国矿业大学学报，2004，33(5):504-508. Dou Linming,He Xueqiu.Model for rock burst failure and its critical values of acoustic and electromagnetic emission[J].Journal of China University of Mining and Technology，2004，33(5):504-508.

[17] 李元辉，袁瑞甫，赵兴东．不同应力路径对岩石声发射Kaiser效应的影响[J]．东北大学学报(自然科学版)，2007，28(4):476-479. Li Yuanhui,Yuan Ruifu,Zhao Xingdong.Effect of different stress paths on Kaiser effect of rock acoustic emission[J].Journal of Northeastern University(Natural Science)，2007，28(4):476-479

[18] 张广清，金 衍，陈 勉．利用围压下岩石的凯瑟效应测定地应力[J]．岩石力学与工程学报，2002，21(3):360-363. Zhang Guangqing,Jin Yan,Chen Mian.Measurement of in-situ stresses by Kaiser effect under confining pressures[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2002，21(3):360-363.

[19] 纪洪广，张月征，金 延，等．二长花岗岩三轴压缩下声发射特征围压效应的试验研究[J]．岩石力学与工程学报，2012,31(6):1162-1168. Ji Hongguang，Zhang Yuezheng，Jin Yan,et al.Experimental study of confining pressure effect on acoustic emission characteristics of monzonite granite under triaxial compression[J]．Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2012，31(6):1162-1168.

[20] 中华人民共和国煤炭工业部.煤与岩石物理力学性质测定方法[S].北京:中国标准出版社，1988:32-33.

Acousticemissioncharacteristicsofcoalspecimenundertriaxialcyclicloadingandunloading

HE Jun1，PAN Jie-nan2，WANG An-hu1

(1.SchoolofSafetyScienceandEngineering,HenanPolytechnicUniversity,Jiaozuo454003,China；2.SchoolofResources&Environment,HenanPolytechnicUniversity,Jiaozuo454003,China)

By using RMT-150B rock mechanics test equipment,the acoustic emission(AE)tests of coal specimen under conventional triaxial and triaxial cyclic loading and unloading were carried out,and AE characteristics of coal specimens under different loading situations was analyzed.The test results show that the AE mutation point in conventional triaxial compression process is substantial in about 85% of the peak stress,and AE count more accusatively responses to AE information in coal specimen deformation and failure process,which can be used as a precursor to determine the coal specimen failure.AE information occurs in the interval of cyclic loading and unloading process,and the change trends of energy,count and amplitude are same and coincide with the stress of the coal specimens.Felicity effect in the cyclic loading and unloading process is obvious,and the Felicity ratioFRis much less than 1.That theFRvalue continuously decreases with the cyclic stress level increasing shows the advance feature of AE memory in the cyclic loading and unloading process.The memory effect of Kaiser effect is poor,and Kaiser effect as the coal body stability index needs to be cautious.

triaxial compression;cyclic loading;acoustic emission；Kaiser effect；Felicity effect

10.13225/j.cnki.jccs.2013.0159

国家自然科学基金资助项目(50904024,51274089)；河南省重点科技攻关资助项目(092102310315)

何 俊(1973—)，男，河南获嘉人，副教授，博士。Tel:0391-3987436,E-mail:hejun@hpu.edu.cn

TD315

A

0253-9993(2014)01-0084-07

何 俊，潘结南，王安虎.三轴循环加卸载作用下煤样的声发射特征[J].煤炭学报,2014,39(1):84-90.

He Jun，Pan Jienan，Wang Anhu.Acoustic emission characteristics of coal specimen under triaxial cyclic loading and unloading[J].Journal of China Coal Society,2014,39(1):84-90.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2013.0159