煤炭科学技术

作者：张超, 张源福, 包若羽, 秦荣荣, 任波, 程仁辉, 陈志恒, 段晨烨,

关键词：双频超声, 超声波, 单轴压缩, 声发射, 损伤, 力学特征,

为探究双频超声致裂技术对煤样损伤特性影响机制，采用双频超声致裂系统，对煤样施加不同双频超声频率处理。通过波速检测、单轴压缩−声发射综合试验、分形维数基础理论，分析了双频超声频率下煤样裂隙扩展、损伤与力学性能变化，研究了频率叠加对裂隙扩展以及力学性能的协同效应。结果表明：高频双频超声显著增强了裂隙复杂度与连通性；随着第二频率从20 kHz逐步提升至50 kHz，裂隙长度由78.3 mm提升至128.5 mm，提高了64.11%，其增长率随第二频率呈指数级上升，由15.49%迅速升至89.53%，增幅达477.99%；P波速变化率则以近似线性趋势持续下降，由−5.21%滑落至−25.19%，下降了383.49%，证明了双频超声与瞬时应力场在促进微裂纹萌生、扩展及裂隙网络构建中的关键作用；分形维数增量由0.0167提升至0.1255；分形维损伤参数也呈线性增长，由0.0148升至0.111，提升了6.5倍；声发射监测显示破坏过程分3阶段：初始响应、过渡扩展和临界加速；累积振铃计数由约3.4×105次提升至约4.8×105次，提升了41.18%。力学性能参数增长率均呈良好线性递减趋势，且破坏过程趋于脆性化。抗压强度增长率由−39.98%降至−74.92%，降低了87.39%；峰值应变增长率由−17.68%降至−48.99%，下降了177.09%；脆性指数增长率由−50.59%降至−87.20%，降低了72.37%；吸收能增长率由−61.27%降至−93.62%，下降了52.80%。双频超声通过增强空化效应和应力集中，促进煤样裂隙网络的形成，降低煤样的力学性能。

来源：2026年第2期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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