煤岩试样的力学属性是岩石工程中非常重要的研究课题,岩石工程是非常复杂的动态状态,在岩石工程中煤岩体内的应力一直是一个动态变化过程。这也表明了岩石工程中的受载煤岩体一直处于不同加载速率的加载状态中,所以研究煤岩试样在不同加载速率下的力学属性变化规律是非常重要的。本次研究结合声发射监测技术研究煤岩试样在不同加载速率下的力学属性变化规律及试样破坏过程中的声发射信号规律,试验通过研究常规实验室位移加载方式条件下对0.6mm/min、0.3mm/min、0.6mm/min以及0.03mm/min四组大跨度加载速率条件下的煤岩试样力学特性及声发射规律。试验中共分为两组试验,其中一组为实验组煤试样4个、岩石试样4个,另一组为对照组煤试样也是4个、岩石试样也是4个,总共对16个煤岩试样进行实验,设置对照组是为了避免试验过程中的偶然误差影响试验结果,研究煤岩试样在不同加载速率条件下煤岩试样力学属性及声发射信号的规律。(1)利用西原模型建立理论模型,分析煤岩试样加载过程中的试样的力学属性变化,发现煤岩试样随着加载速率的增加煤岩试样的极限强度也会增加。随着加载速率的增加,煤岩试样的弹性性能越显著,黏塑性性能减弱。另外,通过理论分析,还发现煤岩试样随着加载速率的增加煤岩试样到达破坏时的极限应变量降低。(2)通过分析试样加载过程中声发射系统接收到的声发射信号所蕴含的能量,将声发射信号划分为两种等级。第一类声发射信号:大幅值声发射信号,幅值大于0.1V的声发射信号。大幅值声发射信号是煤岩试样加载过程中较大的弹性裂隙的产生以及微裂隙贯穿形成大裂缝时所形成的,这类信号代表的是试样加载过程中较大承载结构破坏所产生的。第二类声发射信号:小幅值声发射信号,幅值在0.01-0.1V之间的声发射信号。小幅值声发射信号是试样加载过程小能量弹性释放所产生的,这类声发射信号代表了煤岩试样加载过程中原有的张开性裂隙的闭合以及微裂隙的产生所形成的。(3)实验室对煤岩试样进行不同加载速率加载试验发现煤岩试样在不同加载速率加载条件下,随着加载速率的增加煤岩试样的极限强度、弹性模量也在增加。并且随着加载速率的增加,煤岩试样达到破坏时发生的极限应变在减小,与力学模型所得到的结果相吻合。(4)分析煤岩试样加载过程中的声发射信号,发现加载过程中无效声发射信号占了声发射总信号的80%-90%左右,代表了加载过程中试样内部发生破坏的声发射信号仅仅占了总声发射信号的10%-20%左右,这个结论也刚好验证了Lockner得出的利用声发射定位到的试样内部破坏事件不足试样内部实际破坏的1%。有效信号中代表了煤岩试样内部较大结构破坏的大幅值信号占比不足10%,而代表微裂隙产生与贯穿的小幅值信号占了总信号的90%以上。(5)分析不同加载速率下煤岩试样声发射信号的规律,发现随着加载速率的增加,有效声发射信号的占比也在增加。但是,随着加载速率的增加,煤试样有效声发射信号占比增加的较小,而岩石试样效声发射信号占比增加较大。另外,还发现随着加载速率的增加煤岩试样中大幅值声发射信号的占比有所减小。