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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