煤體沖擊破壞超低頻/極低頻電磁異常特征分析

李成武,楊 威,徐曉萌,王啟飛

(中國礦業大學(北京)資源與安全工程學院,北京 100083)

煤體沖擊破壞超低頻/極低頻電磁異常特征分析

李成武,楊 威,徐曉萌,王啟飛

(中國礦業大學(北京)資源與安全工程學院,北京 100083)

為確定煤體沖擊破壞過程中是否產生超低頻/極低頻電磁信號,利用分離式霍普金森壓桿(SHPB)實驗系統和ZDKT-1型瞬變磁振測試系統,研究不同沖擊速度下煤體破裂電磁信號變化規律。通過分析電磁異常信號的Hilbert時頻譜特征,確定煤體沖擊破壞下的超低頻/極低頻電磁效應,研究不同沖擊速度下電磁信號能量和沖擊耗散能之間的關系。結果表明：煤材料在沖擊破壞過程中能產生超低頻/極低頻電磁信號,信號主頻在0～30 Hz;電磁信號幅值和沖擊速度呈現正線性相關,電磁信號能量和沖擊速度為二次多項式關系,沖擊耗散能和電磁能增長趨勢基本相同,超低頻/極低頻電磁信號強度可間接反映煤體內部損傷的程度。

煤體;SHPB;沖擊破壞;超低頻/極低頻;電磁異常

自1933年Stepanov發現斷裂電磁輻射現象以來,煤巖破裂電磁異常現象一直受國內外學者關注。巖石電磁輻射最早從地震工作者發現震前電磁異常開始的。巖石在受載破裂過程中會產生明顯的電磁異常,這種電磁異常在實驗室尺度[1-2]和地球物理尺度[3-4]均被探測到。電磁輻射是寬頻的,頻率從超低頻到甚高頻,甚至更高[5-6]。Eftaxias等[7-8]分析了地震前超低頻電磁異常信號特征。錢書清等[9]通過大尺寸巖石試樣的破裂試驗認為20～1 000 Hz頻段的信號先于其他頻段的信號出現。……