煤岩变形破裂的电磁辐射共71页
电磁辐射论文：煤岩单轴压缩过程电磁辐射的数值模拟研究
第 39 卷 第 5 期 2010 年 9 月
中国矿业大学学报
Journal o f China U niv ersity of M ining & T echnolog y
V ol. 39 N o. 5 Sep. 2010
煤岩单轴压缩过程电磁辐射的数值模拟研究
赵恩来1, 王恩元1 , 刘贞堂1 , 刘晓斐1 , 蒋 锐2
( 1. 中国矿业大学 煤炭资源与安全开采国家重点实验室 安全工程学院 , 江苏 徐州 2. 四川矿山安全技术培训中心 通风安全室, 四川 成都 610017)
22 10 08 ;
摘要: 为深入研究煤岩变形破裂过程中的电磁辐射规律, 利用建立的电磁辐射数值模拟模型及 岩石破裂过程分析系统, 模拟研究了煤岩单轴压缩过程的电磁辐射特征规律. 结果表明, 数值模 拟得出的电磁辐射信号与煤样单轴压缩过程所受应力呈正相关性, 在峰值应力处, 电磁辐射能量 及脉冲出现极大值, 与实验结果较一致. 关键词: 煤岩; 电磁辐射; 单轴压缩; 岩石破裂过程分析系统; 力电耦合 中图分类号: T D 313 文献标识码: A 文章编号: 1000 1964( 2010) 05 0648 04
( 1. Stat e K ey L abor ator y of Co al Resources and Safe M ining , Scho ol of Safety Eng ineer ing, China U niver sity o f M ining & T echno log y, Xuzho u, Jiang su 221008, China;
《煤岩破裂过程红外辐射特性研究》
《煤岩破裂过程红外辐射特性研究》篇一一、引言煤岩作为地球的重要组成部分，其破裂过程的研究对于地质学、采矿工程、地震学等领域具有重要意义。
在煤岩破裂过程中，红外辐射作为一种重要的物理现象，其特性的研究对于理解煤岩破裂机制、监测煤岩破裂过程以及预测地质灾害等具有潜在的应用价值。
本文旨在研究煤岩破裂过程中红外辐射特性的变化规律，为相关领域的研究提供理论依据。
二、煤岩破裂过程概述煤岩破裂过程是一个复杂的物理过程，涉及到多种因素的作用。
在煤岩破裂过程中，由于内部应力的作用，煤岩体会发生形变、裂纹扩展等现象。
同时，伴随着能量释放和热效应的产生，红外辐射作为一种热辐射现象，在这一过程中起着重要作用。
三、红外辐射基本原理红外辐射是电磁波的一种，其波长介于可见光与微波之间。
在煤岩破裂过程中，由于能量释放和热效应的产生，煤岩体会产生红外辐射。
红外辐射的特性受到多种因素的影响，包括煤岩的成分、结构、温度、压力等。
因此，研究煤岩破裂过程中的红外辐射特性，需要综合考虑这些因素的影响。
四、煤岩破裂过程中红外辐射特性的实验研究为了研究煤岩破裂过程中红外辐射特性的变化规律，我们设计了一系列实验。
首先，我们选取了不同成分、不同结构的煤岩样品，进行单轴压缩实验，模拟煤岩破裂过程。
在实验过程中，我们使用红外探测器记录了煤岩样品在破裂过程中的红外辐射信号。
通过对实验数据的分析，我们发现煤岩破裂过程中红外辐射强度与应力、温度等因素密切相关。
五、煤岩破裂过程中红外辐射特性的分析根据实验结果，我们分析了煤岩破裂过程中红外辐射特性的变化规律。
在煤岩破裂初期，由于应力集中和能量释放，红外辐射强度逐渐增强。
随着裂纹的扩展和煤岩体的破碎，红外辐射强度达到峰值。
随后，由于能量释放的减少和热效应的减弱，红外辐射强度逐渐降低。
此外，我们还发现不同成分、不同结构的煤岩样品在破裂过程中产生的红外辐射特性存在差异。
六、结论与展望通过研究煤岩破裂过程中红外辐射特性的变化规律，我们得到了以下结论：1. 煤岩破裂过程中会产生红外辐射，其特性受到煤岩成分、结构、温度、压力等多种因素的影响。
采矿地球物理(07煤岩变形破裂的电磁辐射)
200
0
0
20 40 60 80 100 120 140 160
时间/s
中国矿业大学
China University of Mining & Technology
E /mV
煤样变形破坏的EME分布 140 120 100
80 60 40 20
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t/s
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图7-2 7煤的试验结果
载荷/KN
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煤样变形破坏的P-t曲线 40
30
20
10
0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 时间/s
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从上述分析可以得出，煤岩体产生电磁辐射， 源于煤岩体的非均质性，是由应力作用下煤岩体中 产生非均匀变速形变而引起的。受载煤岩体中发生 以下电荷(或带电粒子)运动过程：
（1）煤岩材料变形及破裂时能够产生电磁场， 有两种形式：一种是由电荷，特别是试样表面积累 电荷引起的库仑场(或准静电场)；另一种是由带电 粒子作变速运动产生的电磁辐射，是一种脉冲波。
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发射出来的这些低速运动带电粒子在电场的 作用下加速，当带电粒子碰撞到周围环境介质的 分子或原子，或碰撞到周围的煤岩体裂隙表面时 会减速，在其变速运动过程中会产生电磁辐射。 后者形成的电磁辐射也叫韧致辐射。由于可能形 成了大量的带电粒子，因此会产生从低频电磁辐 射到x光的宽频带电磁辐射。
煤岩电磁辐射技术及其应用第二讲
一、煤岩动力灾害 ——顶板事故
2011年9月24日15时19分，云南曲靖祠堂坡煤矿发生 一起顶板垮落事故，造成5人死亡。
《盲井》剧照
现实版盲井
煤体内开掘切割眼后应力重新分布
a—切眼宽度；Q—切眼上部岩体重量； H—煤层距地面深度；γ—上覆岩层的容重
工作面围岩应力分布
a—增压区；b—减压区；c—稳压区
基本顶初次周期垮落（来压）示意图
L2--周期垮落步距；h—直接顶厚度；m—煤层厚度
岩层移动推测图
(a)岩层内部破坏推测图 1—冒落带；2—裂隙带；3—弯曲下沉带
（b）沿工作面推进方向的分区(裂隙带)
A-煤壁支承区；B-离层区；C-重新压实区
“其上支板，以防压崩 耳。凡煤炭去空，而后 以土填实其井 。”
力－时间曲线
P/kN
100
150 t/s
200
250
300
电磁辐射与载荷有较好 的对应关系，电磁辐射随 着摩擦力的增大而增大。
脉冲数 能量
原煤摩擦实验电磁辐射图
二、煤岩电磁辐射的研究——实验研究
4、煤岩分级加载及蠕变过程电磁辐射特征规律
7 6 5 4 3 2 1 0 0
应变ε /%
б =5.9MPa
电液伺服压力试验机
二、煤岩电磁辐射的研究—— 实验研究
课题组通过对不同煤矿、上千块煤岩试样的实验测试，主要 研究了以下内容：
不同类型煤岩冲击破坏的电磁辐射特性及与应力、变形之间的相 关性；
不同作用因素（加载方式：单轴压缩、单轴拉伸、磨擦、蠕变、 冲击、三轴等）、加载速率、煤岩类型（不同矿区的煤岩、不同 冲击危险性的煤、岩石、组合煤岩、不同含水量的煤岩）下的电 磁辐射规律； 电磁辐射与声发射的相关性。
岩石破裂过程中电磁辐射信号特征研究
４７０
物探化探计算技术
４１ 卷
律。２００４年，Ｓｏｔｏｌｏｎｇｏ－Ｃｏｓｔａ等 提 ［１６］ 出 了 地 震 的 Ｆｒａｇｍｅｎｔ－Ａｓｐｅｒｉｔｙ模型（即 ＳＣＰ 模型），他 们认为 地震能量 的 释 放 与 模 型 中 碎 片 （Ｆｒａｇｍｅｎｔ）大 小 的 分布有关，并且认为 破 裂 过 程 是 一 种 长 程 相 互 作 用 的现象，属于非广延问题。于是他们 利用 Ｔｓａｌｌｉｓ熵 的最大熵原理推导 出 地 震 的 能 量 分 布 函 数，该 函 数 可以描述更广能量范围内的地震能量分 布情况。随 后该 模 型 被 用 于 一 系 列 地 震 研 究 中［１７－１９］。Ｃｈｍｅｌ 等 修 ［１５］ 改了 Ｓｉｌｖａ［１７］推 导 出 的 能 量 分 布 函 数，并 将 其用于分析岩石破裂过 程 中 犈犕犈、犃犈 和 破 裂 发 光 （犉犔）信 号 的 能 量 分 布 情 况 ，三 类 信 号 的 拟 合 结 果 都 很好。因此，这里尝试用 Ｃｈｍｅｌ等 改 进 的 能 量 分 布 函数来分析 岩 石 破 裂 过 程 中 犈犕犈 的 能 量 特 征，推 测岩石破裂类型和裂纹的发育过程。
由于 ＧＲ 定律所表现的对数－线性关系 不能 描 述 地 震 目 录 中 震 级 过 大／过 小 的 地 震 事 件 ，因 此 人 们 一直在寻找可以描述更广震级范围内地震事件的定
收 稿 日 期 ：２０１８０３２９ 基 金 项 目 ： 国 家 自 然 科 学 基 金 （４１００４０２９） 第 一 作 者 ： 张 雪 娟 （１９９０－ ），女 ，硕 士 ，主 要 从 事 岩 石 电 磁 实 验 的 研 究 ，Ｅｍａｉｌ：２２３５４７０４９９＠ｑｑ．ｃｏｍ。
关 键 词 ： 岩 石 破 裂 ；电 磁 辐 射 ；声 发 射 ；非 广 延 分 析 ；ｂ 值 ；统 一 等 待 时 间 定 标 律 中 图 分 类 号 ：Ｐ６３１．２ 文 献 标 志 码 ：Ａ 犇犗犐：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１１７４９．２０１９．０４．０５
《煤岩破裂过程红外辐射特性研究》
《煤岩破裂过程红外辐射特性研究》篇一一、引言煤岩是一种常见的矿物资源，在开采、加工和利用过程中常常伴随着破裂现象。
破裂过程往往伴随着能量转换和释放，而红外辐射作为能量释放的一种形式，在煤岩破裂过程中扮演着重要角色。
本文旨在研究煤岩破裂过程中红外辐射的特性，为煤岩开采、加工和利用过程中的安全监测与控制提供理论依据。
二、文献综述在过去的研究中，学者们对煤岩破裂过程中的红外辐射特性进行了广泛的研究。
研究表明，煤岩破裂过程中产生的红外辐射与煤岩的物理性质、化学性质以及破裂过程中的能量转换密切相关。
此外，红外辐射的特性还受到环境因素如温度、湿度等的影响。
目前，关于煤岩破裂过程中红外辐射特性的研究尚处于探索阶段，仍需进一步深入。
三、研究内容本研究以煤岩破裂过程中产生的红外辐射为研究对象，采用实验和理论分析相结合的方法，对煤岩破裂过程中的红外辐射特性进行深入研究。
1. 实验方法实验采用红外辐射测量仪对煤岩破裂过程中的红外辐射进行实时监测。
在实验过程中，通过改变煤岩的物理性质、化学性质以及环境因素，观察红外辐射的变化规律。
同时，采用高速摄像机记录煤岩破裂过程的图像，以便后续分析。
2. 数据处理与分析实验数据包括红外辐射强度、波长、时间等。
通过对这些数据进行处理和分析，可以得出煤岩破裂过程中红外辐射的特性。
首先，对红外辐射强度进行统计分析，得出不同条件下红外辐射强度的变化规律。
其次，对红外辐射波长进行分析，研究不同波长红外辐射的来源和产生机制。
最后，结合高速摄像机记录的图像，分析煤岩破裂过程中红外辐射的空间分布特性。
3. 结果与讨论通过实验和数据分析，得出以下结论：（1）煤岩破裂过程中产生的红外辐射强度与煤岩的物理性质、化学性质以及环境因素密切相关。
在一定的条件下，红外辐射强度随煤岩破裂的进行而增强。
（2）不同波长的红外辐射在煤岩破裂过程中具有不同的产生机制。
短波长红外辐射主要来自于煤岩表面的热辐射，而长波长红外辐射则主要来自于煤岩内部的热传导和热对流。
单轴压缩煤岩变形破裂电磁辐射与应力耦合规律的研究
第23卷第23期岩石力学与工程学报23(23:3948~3953 2004年12月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Dec.,2004单轴压缩煤岩变形破裂电磁辐射与应力耦合规律的研究*肖红飞1何学秋2冯涛1王恩元2朱川曲1郑百生2(1湖南科技大学能源与安全工程学院湘潭 411201 (2中国矿业大学能源科学与技术学院徐州 221008摘要利用实验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法,研究了单轴压缩条件下煤岩变形破裂过程中产生的电磁辐射(EME强度与煤岩内部应力之间的耦合规律。
在煤岩材料损伤特性和强度统计理论的基础上,研究了受载煤岩变形破裂的三维力-电耦合本构关系,从理论上分析了煤岩变形破裂过程中电磁辐射强度和脉冲数与加载应力之间的关系,认为它们之间的关系可以用多项式来表征。
煤岩变形破裂过程中的力-电耦合计算结果表明:EME 先是逐渐增加,达到一个峰值后快速降低,这与实验测定结果的趋势是一致的;加载速度越大,EME信号也越强;随着煤岩样品强度的增加,EME也是逐渐增大的,其中强度最高的砂岩产生的EME强度也最大,以下依次是泥岩、硬煤和中硬煤。
这些都说明采用的模型和计算方法是合理的,可以有效地模拟煤岩单轴压缩过程电磁辐射信号的变化规律。
关键词岩石力学,单轴压缩,煤岩变形破裂,电磁辐射(EME,力-电耦合,数值模拟,FLAC分类号TD 313 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(200423-3948-06RESEARCH ON COUPLING LAWS BETWEEN EME AND STRESS FIELDS DURING DEFORMATION AND FRACTURE OF COAL AND ROCK INUNIAXIAL COMPRESSIONXiao Hongfei1,He Xueqiu2,Feng Tao1,Wang Enyuan2,Zhu Chuanqu1,Zheng Baisheng2 (1College of Energy and Safety Engineering,Hunan University of Science and Technology,Xiangtan 411201 China (2College of Energy Science and Engineering,China University of Mining and Technology,Xuzhou 221008 ChinaAbstract Based on the laboratory experiment,theoretical analysis and numerical simulation,the coupling laws between electromagnetic emission (EME intensity and stress fields during the deformation and fracture of coal and rock in uniaxial compression are researched in this paper. On the basis of damage characteristics and statistical strength theory of the brittle material like coal and rock,the three dimensional coupling relationship between EME intensity and stress is researched. The relations among the EME intensity,pulse numbers and stress are analyzed theoretically. The theoretical analysis shows that the coupling relationship can be expressed by multinomial approximately. The testing results show that the EME signal increases with stress approximately with the relation of cubic multinomial,the signal of EME emitted in the course of deformation and fracture of coal or rock in compression is relevant to the stress basically,and the intensity and pulse of EME increase with the stress, deformation and fracture. The results of coupling calculation show that the EME signal first increases to a summit2003年9月4日收到初稿,2003年11月3日收到修改稿。
煤样变形破坏峰值前后电磁辐射特征研究
煤样变形破坏峰值前后电磁辐射特征研究1窦林名1，王云海2，何学秋1，王恩元11中国矿业大学能源与安全工程学院， “煤炭资源与安全开采”国家重点实验室（221008 ）2 中国安全科学研究院，北京（100029）email:lmdou@摘要：煤岩在变形破坏过程中产生电磁辐射现象。
试验表明，电磁辐射水平与应力水平的关系密切，不同煤岩峰前阶段的电磁辐射随着应力的增加而起伏增强；峰后阶段电磁辐射在峰值强度后随着应力的降低呈上升的趋势，之后随着应力下降，电磁辐射逐渐下降。
煤岩变形破坏峰后电磁辐射与峰前电磁辐射的比值可作为冲击倾向的电磁辐射指数。
该指数与现有的冲击倾向指标有很好的线性关系，是电磁辐射预测煤岩冲击倾向性及冲击危险程度的重要指标，这为冲击矿压的防治打下良好的基础。
关键词：冲击破坏；电磁辐射；峰前；峰后；冲击倾向性；电磁辐射冲击倾向指数近年来煤岩破裂电磁辐射效应的研究，无论是在理论研究方面，还是在应用研究方面，都取得了进展。
文[1-9]对载荷作用下纯煤、岩样的电磁辐射特性及规律进行了研究，发现电磁辐射信号在受载煤岩的变形破裂过程中，电磁辐射信号呈逐渐增强的趋势，电磁辐射信号较声发射信号丰富等。
按照现有的实验和理论研究成果[1,2]，煤岩变形破坏应力应变曲线可以分为压密阶段、线弹性阶段、弹塑性阶段、塑性软化阶段和残余强度阶段。
以峰值应力为界，煤岩全应力应变曲线可分为峰前区和峰后区两部分，峰前区包括压密阶段、线弹性阶段和弹塑性阶段，其应力应变关系总的符合弹塑性力学和损伤力学的规律；峰后区包括塑性软化阶段和残余强度阶段，其特点是变形破坏只集中在局部区域，具有局部化的特征，煤岩的破坏方式为冲击破坏和稳定破坏。
文章主要研究煤岩变形破裂峰值前后电磁辐射的变化规律，这对于电磁辐射预测煤岩冲击破坏及冲击矿压灾害具有非常重要的实际意义。
1．试验系统把天然状态下的煤样加工成直径50mm，高度总和100mm的标准试样进行试验。