第1章 绪论 1
1.1 矿山煤岩动力灾害研究进展 1
1.1.1 煤与瓦斯突出现象 1
1.1.2 煤与瓦斯突出机理研究现状 2
1.1.3 冲击矿压机理研究进展 8
1.2 煤岩电磁效应研究现状 11
1.2.1 电磁辐射在地震预报方面研究现状 11
1.2.2 煤岩电磁辐射机理研究现状 13
1.2.3 煤岩电磁辐射特征研究现状 14
1.2.4 电磁辐射预测预报煤岩灾害动力现象研究现状 15
1.2.5 目前电磁辐射需要研究的课题 17
1.3 本书主要研究内容 18
第2章 受载煤岩电磁辐射的试验研究 19
2.1 试验系统、试验方案及试验样品 19
2.1.1 试验样品及其制备方法 19
2.1.2 试验系统 21
2.1.3 试验研究内容 23
2.2 单轴压缩电磁辐射特征 24
2.2.1 单轴压缩煤岩混凝土电磁辐射的试验结果 24
2.2.2 煤样受载后快速卸载过程的电磁辐射时序试验结果 32
2.2.3 煤岩样冲击过程的电磁辐射特征 33
2.2.4 煤岩摩擦过程的电磁辐射特征 35
2.3 组合煤岩破坏过程的电磁辐射特征 38
2.3.1 组合煤岩样单轴压缩下应力分析 38
2.3.2 组合煤岩的单轴强度条件分析 40
2.3.3 受载组合煤岩的电磁辐射试验结果 41
2.4 煤岩电磁辐射幅值规律 45
2.4.1 单轴压缩煤岩混凝土电磁辐射的幅值变化特征 45
2.4.2 单轴压缩组合煤岩电磁辐射的幅值变化特征 48
2.4.3 冲击过程电磁辐射的强度变化特征 50
2.4.4 摩擦过程电磁辐射的强度变化特征 53
2.5 煤岩流变破坏电磁辐射记忆效应规律 54
2.5.1 循环加载应力的确定 54
2.5.2 煤岩破坏电磁辐射记忆效应试验结果 55
2.5.3 瓦斯、水对煤岩破坏电磁辐射记忆效应的影响 61
2.6 小结 63
第3章 含瓦斯煤岩受载破坏电磁辐射试验研究 65
3.1 试验系统及方案 65
3.1.1 试验系统 65
3.1.2 试验方案 70
3.2 试样制备及试验准备 71
3.3 煤岩力学特性及电磁辐射特征 72
3.3.1 煤岩单轴压缩破坏力学特性及电磁辐射特征 72
3.3.2 含瓦斯煤岩单轴压缩破坏的变形特征 79
3.3.3 孔隙瓦斯对煤岩峰值强度的影响 81
3.3.4 孔隙气体对煤岩弹性模量的影响 83
3.3.5 含瓦斯煤岩受载破坏过程中的电磁辐射特征 84
3.4 小结 88
第4章 煤岩电磁辐射信号频谱特征研究 90
4.1 组合煤岩电磁辐射试验研究 90
4.1.1 组合煤岩样的制作 90
4.1.2 单一煤体单轴压缩电磁辐射信号特征 91
4.1.3 组合煤岩电磁辐射信号特征 93
4.2 煤岩变形破坏电磁辐射信号频谱分析 95
4.2.1 煤体单轴压缩电磁辐射信号频谱分析 95
4.2.2 组合煤岩变形破坏电磁辐射信号频谱分析 101
4.2.3 傅里叶谱与功率谱的对比分析 112
4.3 基于小波变换的电磁辐射信号特征分析 112
4.3.1 基于小波的电磁辐射信号特征分析的基本方法 112
4.3.2 煤体单轴压缩电磁辐射信号小波特征频谱分析 113
4.3.3 组合煤岩电磁辐射信号小波特征频谱分析 122
4.3.4 频谱分析与小波分析的结果比较 137
4.4 基于希尔伯特－黄变换（HHT）电磁辐射频谱分析 137
4.4.1 HHT分析法 137
4.4.2 电磁辐射信号的HHT分析 142
4.5 小结 158
第5章 煤岩电磁辐射信号噪声频谱特征及抑制研究 159
5.1 煤岩电磁辐射信号的传播途径 159
5.2 煤岩电磁辐射信号采集过程噪声分析 160
5.2.1 电磁辐射信号实验室采集过程中噪声来源 160
5.2.2 电磁辐射信号现场采集过程中噪声来源 161
5.3 煤岩电磁辐射监测抗干扰技术 161
5.3.1 屏蔽技术 161
5.3.2 滤波技术 162
5.4 电磁辐射信号的小波降噪方法 163
5.4.1 小波变换降噪模型和降噪过程 163
5.4.2 小波变换降噪阈值选取与确定 165
5.5 基于小波理论的电磁辐射信号降噪 167
5.5.1 单一煤样电磁辐射信号的小波去噪 167
5.5.2 组合煤岩电磁辐射信号的小波去噪 171
5.6 工作面电磁辐射信号的噪声抑制技术 177
5.6.1 不同噪声源的电磁辐射信号频谱特征 177
5.6.2 工作面电磁辐射信号去噪 185
5.7 小结 190
第6章 煤岩变形破坏电磁辐射的非线性预测方法 192
6.1 煤岩破裂过程声发射和电磁辐射信号的混沌特征 192
6.1.1 关联维数及其计算 192
6.1.2 声发射和电磁辐射信号的混沌特征 194
6.2 煤岩变形破坏电磁辐射的神经网络预测方法研究 195
6.3 自适应BP神经网络的基本原理及实现步骤 196
6.4 煤岩变形破裂电磁辐射自适应神经网络预测原理 198
6.4.1 电磁辐射参数时间序列维数的选定 198
6.4.2 自适应神经网络预测原理 198
6.5 自适应神经网络在煤岩电磁辐射信号预测中的应用 199
6.6 小结 201
第7章 煤岩电磁辐射接收天线特征参数及模拟研究 202
7.1 引言 202
7.1.1 天线定义 202
7.1.2 天线基本参数 204
7.1.3 天线极化波 209
7.2 煤岩电磁辐射接收天线特征参数及测量方法 210
7.2.1 电磁辐射接收天线设计原则 211
7.2.2 电磁辐射接收天线基本特性 213
7.2.3 电磁辐射接收天线参数测量 216
7.3 煤岩电磁辐射接收天线模拟技术 220
7.3.1 HFSS软件及其相关技术定义 220
7.3.2 煤岩电磁辐射场仿真研究 222
7.3.3 电磁辐射接收天线仿真研究 227
7.4 小结 237
第8章 煤岩力电耦合模型及动力灾害预警准则 239
8.1 引言 239
8.1.1 损伤力学及其发展 239
8.1.2 煤岩强度的统计损伤理论 241
8.1.3 煤岩材料的损伤力学模型 241
8.1.4 基于Weibull分布的煤岩强度统计损伤模型 242
8.1.5 基于正态分布的煤岩强度统计损伤模型 244
8.1.6 三维煤岩力学损伤本构关系 245
8.2 煤岩力电耦合的损伤力学模型 247
8.2.1 基于电磁辐射脉冲数的一维煤岩力电耦合模型 248
8.2.2 基于电磁辐射脉冲数的三维煤岩力电耦合模型 249
8.2.3 基于电磁辐射强度的煤岩力电耦合模型 252
8.3 力电耦合模型相关参数计算 253
8.3.1 力电耦合模型的相关参数意义 253
8.3.2 力电耦合模型参数的计算方法 253
8.3.3 计算结果 253
8.4 煤岩力电耦合模型的应用 255
8.4.1 煤岩均匀性对电磁辐射的影响 255
8.4.2 不同围压对煤岩电磁辐射的影响 256
8.4.3 单轴压缩煤岩样突然卸载时的电磁辐射特征 257
8.4.4 循环加载过程的电磁辐射特征 258
8.5 矿山煤岩电磁辐射预警准则 259
8.5.1 电磁辐射监测预警指标 259
8.5.2 煤岩动力灾害电磁辐射预警准则 259
8.5.3 预警临界值及动态趋势系数的确定 261
8.5.4 煤岩动力灾害电磁辐射预警技术 262
8.6 小结 263
第9章 电磁辐射监测煤岩体应力状态技术及应用 264
9.1 电磁辐射评价煤岩体应力状态技术原理 264
9.2 煤岩体前方应力区域电磁辐射评价技术 268
9.2.1 掘进工作面应力状态电磁辐射测试 269
9.2.2 回采工作面前方应力状态电磁辐射测试 271
9.3 采掘应力场电磁辐射监测评价技术 274
9.3.1 掘进巷两帮应力状态电磁辐射监测技术 274
9.3.2 回风巷煤壁应力状态电磁辐射监测技术 277
9.4 回采工作面周期来压电磁辐射监测技术 278
9.4.1 回采工作面前方非接触式电磁辐射测试结果 278
9.4.2 回采工作面非接触式电磁辐射测试结果 281
9.4.3 回采工作面顶板周期来压钻孔电磁辐射测试结果 282
9.5 小结 285
第10章 煤岩电磁辐射监测技术的应用研究 286
10.1 电磁辐射监测技术 286
10.2 电磁辐射测试装备 287
10.2.1 KBD5便携式电磁辐射监测仪的组成及功能 287
10.2.2 KBD7煤岩动力灾害非接触电磁辐射监测仪 292
10.3 电磁辐射监测技术在煤与瓦斯突出预测中的应用 297
10.3.1 3248运输联巷基本情况 297
10.3.2 KBD7电磁辐射监测仪测试与分析 298
10.3.3 电磁辐射的影响因素分析 307
10.3.4 电磁辐射规律分析与实施步骤 313
10.4 电磁辐射监测技术在冲击矿压预测中的应用 317
10.4.1 冲击矿压发生前后的电磁辐射变化规律 317
10.4.2 电磁辐射与微震震级间的关系 319
10.5 煤岩电磁辐射监测技术发展趋势 320
10.5.1 “智慧线”通信技术 320
10.5.2 “智慧线”技术在煤岩电磁辐射监测中的应用 322
10.6 小结 324
参考文献 325