基于声发射主频熵演化的煤岩组合体冲击破坏与前兆预警研究

摘要

为了揭示深部煤岩巷道开挖卸载诱发冲击破坏的灾变机理，利用真三轴应变岩爆试验系统开展了针对5种煤岩比例组合体的真三轴单面卸载冲击破坏试验.结合四目高速摄影系统与声发射（AE）技术，分析了煤岩组合体的宏观破坏模式、AE能量演化规律及频谱信息熵特征.结果表明：与单一岩性试样的破坏特征不同，煤岩组合体表现出伴随多次碎屑剧烈弹射的渐进式破坏特征，且在宏观破坏前存在小规模颗粒喷射等明显前兆.在临近破坏前，组合体试样的AE累积能量曲线呈现“瞬时陡升-短暂持平”的台阶状特征.结合信息熵理论发现，组合体声发射熵值呈现“低熵阶梯跃升，临界振荡破坏”的变化规律，临近破坏时低频信号的爆发导致主频带显著展宽，而熵值的剧烈振荡反映了系统内软弱煤层损伤演化（诱导熵减）与坚硬砂岩弹性约束（诱导熵增）之间的动态演化.基于此，构建了冲击地压双级预警指标：以熵值振荡上升点为一级预警，以熵值滑动方差的突增峰为二级临界预警.实测验证表明，该方法能精准捕捉煤岩组合体宏观失稳前的前兆信号.该研究可为深部巷道冲击地压的灾变机理研究与早期预警提供有效的理论依据与技术支撑.

关键词

煤岩组合体 / 真三轴 / 冲击地压 / 主频熵 / 前兆特征