电磁辐射等动力灾害连续预测技术实用手册 下PDF电子书下载

第一篇　煤岩动力灾害与电磁辐射现象 3

第一章 煤岩动力灾害现象 3

第一节 煤岩动力灾害现象 3

一、地震 4

二、火山喷发 8

三、山崩和滑坡 12

四、矿井煤岩动力灾害现象 15

第二节 矿井煤岩动力灾害机理 18

第二章　矿山煤岩动力灾害预测技术 26

第一节 指标预测法 27

一、钻屑量和钻屑倍率法 27

四、钻屑综合指标法 28

三、R指标法 28

二、钻孔瓦斯涌出初速度法 28

第二节 动态（连续）预测 29

第三章 煤岩电磁辐射现象 35

第一节 震前电磁异常及煤岩变形破裂电磁辐射现象 35

第二节 煤岩电磁辐射机理研究现状 43

第三节 岩石破裂电磁辐射的频段研究进展 49

第四章　煤岩动力灾害现象的电磁辐射预测预报技术 52

第一节 地震预测 52

第二节 矿井煤岩动力灾害现象预测 55

第二篇　煤岩破坏的流变过程 61

第一章　煤岩变形破裂的微观机理 61

第一节 煤岩材料中的裂纹与缺陷 68

一、煤岩内部结构损伤扩展机制分析 68

第二章 受载煤岩材料的变形破裂过程 68

第二节 裂纹的扩展过程 69

第三节 裂纹的分岔过程 73

第四节 断裂前大量微裂纹的扩展、闭合、联结和集聚 75

第五节 总结 77

第三章 孔隙气体对煤岩体的“蚀损”规律 78

第一节 孔隙气体对煤岩体的“蚀损”作用 78

第二节 孔隙瓦斯对煤岩破坏“蚀损”的微观机理 85

第三节 非平衡态孔隙气体对煤岩体的作用及其机理 89

第四章 含瓦斯煤变形及破裂过程的动态显微观测 92

第一节 引言 92

第二节 含瓦斯煤变形及破裂过程的动态显微观测 95

第三节 煤体变形及破裂的宏观和微观机制 107

一、煤体变形及破裂的宏观机制 107

二、煤体变形及破裂的机制 113

第五章　煤岩破坏的流变过程 119

第一节 引言 119

第二节 含瓦斯煤岩流变特性的实验研究 121

一、实验系统及实验方法 121

二、煤样制作及试验结果 124

三、含瓦斯煤岩三维流变本构方程及煤与瓦斯突出的“流变机理” 125

四、煤与瓦斯突出的“流变机理” 132

第三篇 电磁辐射信号处理及分析基础 147

第一章　傅里叶变换与频谱分析 147

第一节 傅里叶变换 147

第二节 窗口傅里叶变换及其不足 150

第二章 电磁辐射信号去噪的小波分析理论 153

第一节 电磁辐射信号采集过程中噪声的特征 154

一、电磁辐射信号采集过程中噪声的来源 154

二、电磁辐射信号噪声的幅频特征 155

三、电磁辐射信号采集中的噪声模型及去噪原理 156

第二节 小波变换对电磁辐射信号去噪的研究 157

一、小波变换基本理论 157

第三节 小波包对电磁辐射的去噪研究 168

一、小波包基本概念及其性质 168

二、信号的小波包分解与分析 169

三、算法描述 172

四、电磁辐射信号的小波包去噪分析 173

第三章 信号相关分析的理论基础 175

第四章 信号的R/S分析理论 177

第一节 分形概述 179

第五章 时间序列信号的分形特征 179

第二节 时间序列信号的分形特征 181

第六章 电磁波辐射与传播理论 183

第一节 电磁辐射场理论 183

一、麦克斯韦方程组 183

二、煤岩变形破裂产生的电磁辐射场 186

三、达朗伯方程 188

四、电偶极子的辐射场 189

第二节 矿井煤岩变形破裂过程中电磁波的传播特性 197

第三节 煤岩变形破裂电磁波的功率特性 200

第四篇　煤岩电磁辐射实验研究 205

第一章　实验样品及基本参数测试 205

第一节 实验样品及其制备方法 205

第二节 煤岩电性参数测试系统 207

一、煤岩介电常数测试系统 208

二、电导率测试系统 208

三、测试内容与步骤 210

第二章 电磁辐射实验系统及实验方案 211

第一节 电磁辐射及声发射实验系统 211

一、加载系统 213

二、屏蔽系统 214

三、接收天线和声发射探头 214

四、数据采集系统——A-ER声电动态采集系统 216

五、数据采集系统——声电高速数据采集系统 218

六、载荷位移记录系统 220

七、抽真空及瓦斯吸附流动系统 220

第二节 电磁辐射实验内容及实验步骤 221

一、实验内容 221

二、实验步骤 222

第三章 电磁辐射实验结果与初步分析 224

第一节 单轴压缩煤岩体、混凝土电磁辐射与声发射时间序列分析 224

第二节 不同频带电磁辐射天线的实验结果 231

第三节 煤样受载后快速卸载过程的电磁辐射时序实验结果 235

一、实验样品制备 237

第四节 受载复合煤岩的电磁辐射实验结果 237

二、实验结果 238

第四章　瓦斯气体对电磁辐射的影响 241

第一节 含瓦斯煤岩体电磁辐射、声发射时间序列分析 241

第二节 非平衡态孔隙气体对电磁辐射的影响 244

一、充放气过程的电磁辐射、声发射实验结果 247

二、瓦斯流动过程的实验结果 255

第五章 煤岩流变破坏过程的电磁辐射特征 264

第一节 受载含瓦斯煤体电磁辐射信号的幅值变化规律 271

第一章 煤岩电磁辐射信号幅值特征 271

第五篇　煤岩电磁辐射规律 271

第二节 非稳态瓦斯电磁辐射信号的幅值变化规律 273

第一节 单轴压缩煤体电磁辐射信号的频谱变化规律 277

第二章 煤岩电磁辐射信号的频谱特征 277

第二节 非稳态瓦斯电磁辐射信号的频谱变化规律 283

第三节 煤样流变破坏过程电磁辐射频谱特征 284

第三章 煤岩电磁辐射的统计分析 296

第一节 电磁辐射和声发射信号的相关性分析 296

第二节 电磁辐射和声发射信号的赫斯特统计规律 297

第四章 煤岩电磁辐射的分形特征 301

第一节 引言 305

第六篇　电磁辐射的影响因素 305

第一章 电性参数对电磁辐射的影响 305

第二节 受载煤岩电性参数的变化规律 306

第三节 煤岩电性参数对电磁波衰减的影响分析 309

第四节 现场实验测试 313

一、测试原理及实验方案 314

二、测试过程与结果 316

第二章 加载条件对电磁辐射的影响 321

第一节 加载速率和煤岩强度对煤岩电磁辐射的影响 321

第二节 剪切破坏时煤岩电磁辐射的规律 324

第三节 单轴拉伸时煤岩电磁辐射的规律 331

第四节 煤岩样冲击过程的电磁辐射特征 336

第五节 煤岩摩擦过程的电磁辐射特征 339

第三章 水分对电磁辐射的影响 344

第一节 水分对煤岩变形破坏的影响机制 344

一、水对煤岩体裂纹扩展的影响 344

二、水对煤岩材料力学性质的影响 347

第二节 水分对煤岩电磁辐射的影响规律 349

一、流动电势 349

二、水分对煤岩电性参数的影响 352

三、水分对煤岩电磁辐射影响的实验结果 353

第四章 温度对电磁辐射的影响 355

第五章　煤岩组分和结构对电磁辐射的影响 357

第七篇　煤岩体电磁辐射机理 361

第一章　煤岩体分离电荷机理 361

第一节 自由电荷产生的量子力学理论分析 362

第二节 能带理论分析电子的产生机制 364

一、热电子发射 365

二、场致电子发射 368

三、气体或固体的电离或击穿时产生的电子 369

第三节 压电效应 370

第四节 摩擦起电 371

第五节 煤岩体变形及裂纹扩展过程中的电荷分离 373

第六节 非平衡应力下的电荷分离 375

第七节 分离电荷产生机理总结 378

第一节 电磁辐射的瞬变电偶极子（偶电层）机理 380

第二章 电磁辐射机理 380

第二节 电磁辐射的电荷变速运动机理 387

第三节 振荡裂隙壁面的能量耗散产生电磁辐射 389

第四节 韧致辐射 391

第五节 电磁辐射机理总结 392

第一节 平衡态瓦斯对电磁辐射的影响机理 393

第三章　孔隙气体对电磁辐射的影响机理 393

第二节 非平衡态瓦斯对电磁辐射的影响机理 396

第八篇　煤岩力电耦合的损伤力学模型 403

第一章 损伤力学基础 403

第一节 损伤力学 403

第二节 煤岩强度的统计损伤理论 406

第二章 一维煤岩力电耦合的损伤力学模型 411

第一节 一维煤岩力电耦合的损伤力学模型 411

第二节 数值模拟 413

第三节 电磁辐射与时间的关系 415

第三章 三维煤岩力电耦合的损伤力学模型 420

第一节 煤岩力学三维损伤本构关系 420

第二节 三维煤岩力电耦合的损伤力学模型 422

一、电磁辐射强度与应力之间的关系 428

第三节 力电耦合模型的实验和数值模拟 428

二、电磁辐射脉冲数与应力之间的关系 430

三、煤岩破裂电磁辐射的围压效应 431

第九篇　煤岩流变破坏力电耦合场模拟研究 439

第一章　FLAC数值模拟方法 439

第一节 受载煤岩应力场的数值模拟方法概述 440

一、空间导数的有限差分近似 447

第二节 FLAC数值模拟方法的基本原理和方法 447

二、FLAC3D2.0的求解过程 455

第二章 单轴压缩煤岩力电耦合的数值模拟 457

第一节 单轴压缩煤岩流变破坏应力场的数值模拟 457

一、单轴压缩煤岩体应力应变关系分析 457

二、模型建立 458

三、模拟结果分析 461

第二节 单轴压缩煤岩流变破坏力电耦合场的研究 472

一、煤岩流变破坏力电耦合场计算时参数的确定 472

二、单轴压缩煤岩流变破坏应力场与电磁辐射场的耦合研究 475

三、实验结果的数值模拟与分析 478

第三节 煤岩破裂电磁辐射场与应力场的能量耦合关系研究 487

一、煤岩流变破坏过程电磁辐射能量的计算 488

二、煤岩流变破坏过程加载机械能的计算 489

三、煤岩流变破坏过程电磁场与应力场的能量耦合关系研究 490

第三章　矿山掘进巷道煤岩力电耦合场数值模拟 495

第一节 矿山掘进巷道煤岩体应力场的分析 495

一、煤岩体的结构特点 496

二、煤岩材料破坏准则 497

三、围岩巷道的弹塑性分析及应力分布特点 500

第二节 煤岩巷道掘进时围岩流变破坏应力场的数值模拟 504

一、概述 505

二、三维模型的构建 509

三、FLAC3D模拟结果分析 517

四、巷道掘进时围岩二维应力场的数值模拟 527

一、煤岩流变破坏力电耦合计算时参数确定与结果分析方法 535

第三节 巷道掘进煤岩流变破坏力电耦合研究 535

二、二维FLAC模拟时力电耦合计算结果分析 536

三、三维FLAC模拟时力电耦合计算结果分析 550

第十篇　煤岩流变破坏电磁辐射记忆效应 561

第一章 煤岩流变破坏电磁辐射记忆效应实验系统及方案 561

第一节 实验系统 561

一、伺服加载及应力、应变伺服记录系统 562

二、电磁辐射接收天线和声发射传感器 563

三、采样速率 564

二、电磁辐射记忆效应实验内容及方案 565

一、试样 565

第二节 煤岩流变破坏电磁辐射效应实验方案及步骤 565

三、流变破坏电磁辐射记忆效应实验步骤 566

四、采集通道数量及天线的选取 569

第二章 流变破坏电磁辐射记忆效应的实验结果 570

第一节 试样选择及循环加载应力的确定 570

第二节 流变破坏电磁辐射记忆效应实验结果 572

一、煤岩流变破坏电磁辐射记忆效应特征及记忆内容研究 572

第三节 瓦斯、水对煤岩流变破坏电磁辐射记忆效应的影响 592

第三章　煤岩流变电磁辐射记忆效应的实质及机理 596

第一节 引言 596

第二节 煤岩流变破坏电磁辐射记忆效应的实质及变化规律 597

一、裂纹压密阶段 603

二、线弹性变形阶段 604

三、非线弹性变形阶段 606

第三节 煤岩流变破坏电磁辐射记忆效应的微观损伤机理研究 607

二、煤岩荷电粒子激发电磁辐射的能量分析 612

第四节 煤岩流变破坏电磁辐射记忆效应力电耦合模型的研究 617

一、煤岩流变破坏电磁辐射记忆效应力电耦合模型的建立 617

二、煤岩流变破坏电磁辐射记忆效应力电耦合模型的实验分析 626

第十一篇 电磁场对煤体瓦斯储运的影响规律 631

第一章 引言 631

第二章 实验系统、煤样制备及实验方案 637

第一节 实验系统 637

第二节 煤样制备 640

第三节 实验方案 642

第三章 电磁场对煤体瓦斯吸附的影响规律 644

第一节 煤样低压吸附量测定结果 644

第二节 吸附平衡时间 648

第三节 吸附等温线及吸附常数的测算 651

第四节 电磁场对不同瓦斯气体吸附影响的实验结果与分析 658

第五节 实验煤样吸附热测算结果 662

第四章 电磁场对煤体瓦斯解吸放散的影响规律 674

第五章 电磁场对煤体瓦斯渗流的影响规律 677

第一节 煤体的渗透性 677

第二节 煤体瓦斯渗透率计算 678

第三节 电磁场影响煤体瓦斯渗透率实验结果及分析 679

第十二篇 电磁场影响煤体瓦斯储运机理 685

第一章 电磁场影响煤体瓦斯吸附机理 685

第一节 煤吸附瓦斯的本质 685

一、静电作用力 686

二、德拜诱导力 687

三、伦敦色散力 688

四、其他作用力 689

第二节 煤吸附瓦斯的影响因素 692

第三节 电磁场对煤-瓦斯系统的极化作用及电介质损耗 696

一、外加电磁场作用下电介质极化 696

二、极化作用对煤体电负性的影响 701

三、极化的建立过程 702

四、交变电磁场作用下煤-瓦斯吸附系统的极化原理 705

五、外加电磁场作用下的煤-瓦斯体系的电介质损耗 706

第四节 电磁场对瓦斯气体分子在煤体表面上动态行为的影响 709

一、吸附分子在表面上的滞留时间 709

二、分子在表面上的活动性 710

三、电磁场对吸附和脱附速率的作用机理 712

第五节 外加电磁场对煤-瓦斯系统吸附势阱的影响 714

一、瓦斯分子与媒体表面吸附势阱能模型 714

二、外加电磁场作用下一维势阱计算 716

第六节 电磁场对煤瓦斯分子振动能量交换的影响 718

一、煤吸附表面的振动 718

二、瓦斯吸附分子振动模的能量交换 721

第七节 瓦斯吸附电磁效应机理 724

第二章 瓦斯放散电磁作用机理 726

第一节 瓦斯气体在煤体内的扩散模式 726

第二节 瓦斯放散电磁效应机理 730

第三章 电磁场提高煤体瓦斯渗透性机理 731

第一节 煤体瓦斯的吸附、运移过程 731

第二节 电磁场提高煤体瓦斯渗透性机理 734

第四章 断裂电磁辐射促进煤与瓦斯突出的作用机理 735

第一节 煤岩断裂产生电磁场机理的研究 736

第二节 电磁辐射促进煤瓦斯突出机理 739

第十三篇　矿山煤岩动力灾害电磁辐射监测技术 743

第一章 煤岩动力灾害电磁辐射监测仪器 743

第二章 电磁辐射监测参数 748

第一节 电磁波在煤体介质中的有效传播距离及监测频率的选择 749

第二节 监测参数的选择 751

一、监测频率 751

二、监测指标 752

第三章 流变电磁辐射预测煤岩动力灾害原理 754

第一节 流变电磁辐射预测煤与瓦斯突出原理 754

第二节 煤岩弹塑脆性体突变模型及冲击矿压动力灾害发生的电磁辐射判据 756

第三节 电磁辐射预测技术的优点 761

第四章 煤与瓦斯突出的电磁辐射预测技术 763

第一节 现场概况 763

第二节 测试步骤及方法 764

一、不同煤层的电磁辐射测试情况 765

第三节 测试结果 765

二、工作面不同方位的电磁辐射分布 766

三、防突措施前后电磁辐射变化情况 768

四、工作面不同作业过程对电磁辐射的影响 769

五、电磁辐射与瓦斯涌出初速度和钻屑瓦斯解吸指标间的关系 773

六、电磁辐射对突出后区域及断层的反映 774

第五章 冲击矿压的电磁辐射预测技术 777

第一节 现场概况 777

第二节 电磁辐射监测仪现场安装及测点布置 778

第三节 测试结果 780

一、正常开采 780

三、压力高峰区的电磁辐射 782

二、工作面及周围巷道区域电磁辐射分布 782

五、顶板运动规律与电磁辐射 783

四、支承压力区的电磁辐射 783

六、顶板断裂破坏的电磁辐射 784

七、冲击危险区域的电磁辐射 785

八、板炮与电磁辐射 787

九、卸压爆破前后的电磁辐射 788

十、冲击矿压与电磁辐射 790

十一、电磁辐射与微震震级间的关系 794

第四节 冲击矿压的电磁辐射特征 794

一、测点的布置 797

二、冲击矿压危险状态确定 797

第五节 冲击矿压动力危险预测方法 797

第六章 注水过程的电磁辐射特征 803

第一节 现场概况 803

第二节 测试结果 804

第十四篇 电磁辐射监测技术在煤岩稳定性评价中的应用 809

第一章 隧道稳定性评价方法 809

第一节 我国隧道病害状况的简要情况 809

第二节 混凝土及隧道的无损检测技术 810

第二章 隧道应力分布的电磁辐射评价技术 814

第一节 工程概况 814

第二节 隧道各部分应力分布 816

一、纵向上电磁辐射强度及相对应力状态分布 816

二、横向测面上电磁辐射强度及相对应力状态分布 819

三、隧道围岩内部电磁辐射及相对应力分布 821

四、电磁辐射评估煤岩体相对应力状态 825

第三章 隧道稳定性的电磁辐射监测与分析 829

第一节 有效信号的判定 829

第二节 电磁辐射动态监测结果 830

第四章　矿井工作面应力状态的电磁辐射监测技术 840

第一节 矿井工作面前方应力区及电磁 840

辐射特征 840

第二节 工作面前方应力区域的电磁辐射测试技术 842

一、磁粉检测的基本原理和特点 849

第一节 磁粉检测概述 849

第一章　磁粉检测 849

第十五篇 电磁检测与相关材质试验测量 849

二、缺陷漏磁场 852

三、磁粉检测方法分类 864

第二节 磁化与退磁 867

一、磁化电流 867

二、磁化方法 878

三、退磁 900

第三节 磁化规范 905

一、周向磁化规范 906

二、纵向磁化规范 908

三、磁化规范选择方法 910

一、磁粉检测设备的种类和特点 917

第四节 磁粉检测设备，器材与材料 917

二、磁粉检测辅助器材 924

三、标准试片（块） 926

四、磁粉和磁悬液 931

第五节 磁粉检测工艺和磁痕分析 940

一、磁粉检测工艺 940

二、磁痕分析 947

第二章 电磁材质试验与测量 954

第一节 材质试验 954

一、非磁性金属材料的材质试验 955

二、铁磁性材料的材质试验 962

第二节 厚度、位移和振动等的测量 972

一、测厚 973

第二节 位移、振动等的测量 977

第三章 其它电磁检测方法 985

第一节 漏磁检测 985

一、漏磁场信号的形成 985

二、漏磁检测的应用和装置 990

第二节　微波检测 996

一、微波与微波检测原理 996

二、微波检测方法与应用 1003

第三节 电位检测 1011

一、电位检测原理 1011

二、电位法检测仪、探头和应用 1016