煤岩破坏电磁辐射记忆效应特性及产生机制

通过实验研究了不同加载方式下的煤岩破坏电磁辐射记忆效应特性;借助细观损伤力学和电磁动力学等理论,对煤岩内部结构损伤扩展及电磁辐射产生机制进行了分析。结果表明,煤岩破坏电磁辐射具有记忆效应特性,但记忆最大历史应力、纵向应变的能力明显优于记忆横向应变和体应变的能力,受载煤岩损伤破坏过程的不可逆性是煤岩破坏电磁辐射产生记忆效应的直接原因。     

由煤岩变形冲击破坏所产生的电磁辐射

对岩石破裂所产生的电磁辐射现象的观测和研究 ,对于研究地震规律和矿山冲击矿压及其预报具有重要的意义。在实验室和现场条件下 ,采用 EAE- 0 4声电测试系统和KBD5电磁辐射监测仪对煤岩变形破裂过程中的电磁辐射进行了测定。试验和测试结果表明 ,煤岩体在变形、破坏过程中均产生电磁辐射现象 ;煤岩在冲击破坏前 ,电磁辐射强度一般在某个值以下 ,而在冲击破坏时 ,电磁辐射强度突然增加 ;而电磁辐射的脉冲数则随载荷的增加及变形破裂过程的发展而增大。依此规律 ,可以对冲击矿压危险性进行评价和预测预报。     

煤岩电磁辐射特性及其应用研究进展

综述了煤岩电磁辐射特性及其应用的研究现状，包括煤岩的力电效应、频谱特征、电磁辐射的影响因素、电磁辐射的产生机理等研究，以及电磁辐射在预测煤与瓦斯突出、冲击地压及评定煤岩体应力状态方面的应用现状，并对电磁辐射的研究及应用前景进行了展望.     

煤岩不同应力水平的蠕变及破坏特性

对韩城地区3#和5#煤岩在9 MPa围压下进行三轴蠕变试验,通过分级加载试验获取不同应力水平下煤岩的蠕变曲线。建立不同应力水平下煤岩的蠕变本构方程,并根据试验数据进行参数识别。结果表明:当3#和5#煤岩样的轴向应力分别小于其瞬时抗压强度的60%、40%时,蠕变曲线仅包含瞬时变形阶段、衰减蠕变阶段和等速蠕变阶段,在等速蠕变阶段应变速率几乎为零;当3#和5#煤岩样的轴向应力分别介于其瞬时抗压强度的60%～80%、40%～80%时,等速蠕变阶段的应变速率近似为一常值;而当3#及5#煤岩样的轴向应力均为其瞬时抗压强度的80%以上,蠕变试验曲线分别表现出蠕变脆性破坏特性和蠕变韧-脆性破坏特性。     

煤岩变形及破裂电磁辐射信号的分形规律

对煤岩变形及破裂过程中得到的电磁辐射信号进行进一步的研究分析表明,电磁辐射信号符合很好的统计分形规律,在受载煤岩的变形及破裂过程中,电磁辐射信号基本现逐渐增强趋势,这对于预测预报煤岩灾害动力现象具有重要的意义。     

煤岩电磁辐射能量累积与损伤关系

为了完善电磁辐射法预测预报煤岩动力灾害理论,通过对煤岩试样加载试验过程中电磁辐射能量累积、应力应变关系的分析,利用损伤力学基本原理和热力学定律理论推导了煤岩损伤演化方程,进而得到损伤与电磁辐射能量累积关系;通过拟合损伤与电磁辐射能量累积关系推导得电磁辐射能量累积与应力应变的理论关系,并通过试验结果验证了理论推导的合理性。     

基于DIC技术的煤岩组合体动态破坏特性研究

为探究煤岩组合体的动态冲击力学特性和破坏时的应变演化情况,利用分离式霍普金森压杆装置结合高速摄像系统,分别对岩煤岩和煤岩煤组合体开展轴向冲击试验。采用数字图像相关技术观测试件全场应变变化,对比分析了两种组合体在不同冲击速度下的动态应力应变曲线、动态抗压强度、破坏过程图像和应变云图。试验结果表明,相同直径、高度下的岩煤岩的动态抗压强度大于煤岩煤;岩煤岩组合体在加载初期经历的压密阶段较短;不同冲击速率下,两种煤岩组合体的起裂均为煤层端部的破坏。     

煤岩电磁辐射的力-电耦合模型

基于煤岩电磁辐射的力-电耦合机理和统计损伤力学理论,建立了煤岩电磁辐射的力-电耦合模型,并通过对Weibull形态参数m值的模拟研究,修正了煤岩电磁辐射力-电耦合模型,使其更具有准确性和实用性。运用修正后的煤岩电磁辐射力-电耦合模型对不同煤岩试样的m值及电磁辐射进行了模拟,煤岩电磁辐射的模拟结果与实验测试结果一致。     

高桩码头体系被动桩特性及破坏机制

为深入了解高桩码头结构体系在最不利工况下的被动桩特性及破坏机制,考虑桩土共同作用、地基土弹塑性性质、桩土界面接触不连续特性以及码头结构材料非线性,采用有限元方法研究了码头结构在最不利工况下的受力变形特性及塑性铰分布规律,一定程度上为施工设计提供参考.计算结果表明:岸坡变形导致码头结构内力分布明显地向海侧调整,从而引起靠岸侧桩基产生较大拉力,处于不利工作状态;靠岸侧边桩弯矩沿桩身呈先增大后减小的分布规律,其余桩体弯矩则均沿桩身呈逐渐增大的分布形式;桩顶与码头面板连接处因钢筋较先进入塑性状态而形成塑性铰,在工程设计中应予以重视.     

超高速碰撞产生等离子体及电磁辐射效应的研究进展

超高速碰撞产生等离子体及电磁辐射效应是固体材料在强冲击作用下一种非常复杂的物理响应。从实验研究、理论研究和计算机模拟3个方面分别介绍了国内外学者在超高速碰撞产生等离子体及其电磁辐射效应方面的研究进展。通过实验和理论研究已在超高速碰撞产生等离子体及电磁辐射效应方面取得了一定进展,初步建立了等离子体膨胀和电磁辐射模型,得到了碰撞参数、弹靶材料特性影响等离子体及电磁辐射效应的初步结论。通过电子力场方法和第一性原理对超高速碰撞产生的等离子体相变进行了初步探索,为从微观上揭示超高速碰撞产生等离子体的机理提供了一种崭新途径。进一步研究超高速碰撞产生的电磁效应,揭示电磁辐射产生机理、电磁辐射强度与碰撞参数之间的关系以及电磁辐射与力学耦合效应都具有十分重要的意义。     

电磁辐射技术在煤岩动力灾害监测预警中的应用

为了有效准确预测煤岩动力灾害,基于煤岩电磁辐射产生机理、特征和规律的深入研究,提出了煤岩动力灾害电磁辐射监测及预警方法,研制了KBD5型和KBD7型电磁辐射监测仪,并将电磁辐射技术广泛应用于煤岩动力灾害监测及预报,包括煤与瓦斯突出和冲击地压灾害的预测、采空区顶板稳定性监测、围岩应力分布及矿压观测、卸压带宽度确定等.     

改进小波变换的煤岩电磁辐射信号去噪方法

针对煤矿井下干扰源会对煤岩受载破坏产生的电磁场监测造成较大影响,采用小波阈值函数进行信号前期预处理,采用粒子群优化算法进行优化,对加噪的信号进行去噪仿真,去噪效果对比硬、软阈值函数得到提高.对某矿工作面采集的电磁辐射信号利用改进小波算法进行去噪研究.研究结果表明:采用粒子群优化小波算法进行降噪重构,能够较好地去除信号中的尖峰噪声,并保留原始信号特征,信噪比得到显著提高.     

煤岩冲击矿压过程电磁辐射传播规律的研究

从电磁辐射MAXWELL方程出发,对煤岩冲击矿压过程中产生的电磁辐射在煤岩中的传播规律进行了分析与研究,提出对破裂过程电磁辐射在煤岩中的传播进行数值模拟时可将电磁辐射产生源理想化为水平电偶极子和水平磁偶极子的叠加;并得出了电磁辐射源产生的场在煤岩中空间分布的解析计算式,为冲击矿压等动力灾害预测的电磁辐射监测仪的研制和定向定位监测提供了理论和计算依据。     

双轴加载条件下红砂岩基本力学特性及破坏机制

为研究巷道开挖卸荷后岩体的变形破坏机理,开展了不同侧压条件下红砂岩双轴加载试验,分析侧压影响下双向应力状态红砂岩基本力学特性及声发射演化规律,揭示侧压影响下双向应力状态红砂岩破坏机制。结果表明：随着侧压增大,红砂岩峰值强度及弹性模量呈先增大后减小趋势,而峰值应变呈逐渐减小趋势,其破坏模式由劈裂破坏向剪切破坏转变;加载过程中声发射累计能量随侧压增大而逐渐减小,但试样破坏阶段声发射能量逐渐增大,表明双轴加载情况下剪切破坏释放能量大于劈裂破坏。研究结果可为巷道围岩控制及冲击地压灾害防治提供一定的理论支撑。     

半斜墙拱形煤岩巷道变形破坏试验

矿山巷道埋藏条件和开采环境复杂,为了探讨矿山煤岩巷道在采掘扰动中衍生的各种矿压显现特征,运用相似物理模拟与数值模拟相结合的方法,对半斜墙拱形煤岩巷道的变形破坏特征进行了试验分析。在试验设计中,对巷道模型边界采用了两相不等围压加载模式。结果表明,这种设计方案能够较好的模拟现场,所得数据与实测较吻合;巷道局部应力释放彻底,底臌及右帮变形破坏明显并主要沿软弱岩层的倾向方向发展。     

煤岩与瓦斯微元体破坏突出机理

煤岩与瓦斯突出是地应力、瓦斯压力、煤体结构破坏、孔洞内煤屑与瓦斯压力及时间效应等共同作用的结果。文中从煤与瓦斯突出发生的整个过程出发,结合现有的煤岩与瓦斯突出机理的研究成果,通过建立煤岩微元体破坏模型,计算煤岩微元体区域破坏概率、煤与瓦斯突出所必须的能量条件,分析煤与瓦斯突出区域的形成与发生,最后,提出了煤岩与瓦斯的突出是从煤岩体微元的破坏开始的,其发展、发育过程是众多煤岩体微元连续破坏的结果,得到了突出区域煤岩体破坏概率的平均强度以及发生突出的必须能量条件关系式,为煤与瓦斯突出的研究提出了一个新的模式与思路,对于防治煤岩与瓦斯突出事故、灾害的发生具有一定的实践与理论指导意义。     

煤系岩石脆性破坏临界电磁辐射信息分析

根据煤系岩石加载破坏过程中的电磁辐射信息与其受载变形破坏过程的相关关系,分析了煤系岩石脆性破裂前的电磁辐射信号突增现象.通过试验数据和用岩石破坏重整化群理论系统研究岩石破裂前临界点的电磁辐射信息识别条件.单轴荷载条件下,临界点对应的应力和岩石峰值应力比值在其临界比大都在70%与80%之间,均值75%左右,误差在±9%以内,表明岩石内部微裂纹的形成与原有裂纹的扩展是电磁辐射活动的主要原因.上述研究可为煤岩动力灾害防治提供有力的依据.     

高强度电磁辐射对人体产生的危害及有效防护

随着现代技术的不断发展,越来越多的尖端科技应用于现代武器系统,并成为各国军事发展的重要方面,如大规模集成电路和超高速集成电路在军事上的应用,使得现代战争已成为"电磁大战".尤其是近几年新兴的电磁武器[1],其发射强度大、频率高、辐射范围广、杀伤力强,能够在极短的时间内造成敌方通信中断,造成极大的危害.随着电磁武器的不断发展,它对人体造成的危害也越来越大,为减少新形势下电磁脉冲对人体的危害,应探索有效的防护措施.从而保证夺取战争优势.本文从电磁脉冲武器的攻击特点和战场运用等方面入手,介绍了杀伤机理和危害,提出了抗电磁武器攻击的防护途径及措施,对新时期电磁战争下取得胜利提供了有效依据.     

白鹤滩库区小坝组泥岩崩解特性及边坡破坏机制

降雨与库水位变动引起的干湿循环作用是导致库岸边坡破坏的关键因素之一。为了探究白鹤滩水电站库区蓄水后边坡的长期稳定性,以小坝组红层软岩为例,采用X射线衍射技术、扫描电镜技术及耐崩解仪,研究了干湿循环作用下红层软岩微结构演化机理及其崩解特性,并结合数值模拟方法与不同现场案例,分析了白鹤滩库区边坡的破坏机制。结果表明,干湿循环影响下的黏土矿物溶胀压力是导致岩体结构中孔-裂隙产生的关键因素;小坝组泥岩耐崩解性指数随着崩解循环次数增加具有指数变化规律,且泥岩比砂岩呈现了更强的崩解特性;砂岩与泥岩互层边坡在干湿循环作用下,因泥岩崩解产生了空腔以及贯通的裂隙,导致库区左岸的顺向坡易形成滑移—拉裂式破坏,库区右岸逆向坡易产生塑流—拉裂式破坏。本文从微-细-宏观等角度出发,多尺度地探究了小坝组岩质边坡的破坏机制,为白鹤滩重大水电工程建设的灾害防治工作提供理论指导。     

煤岩介质中无线通信频率及衰减机制研究

为给矿井煤岩体介质中无线传感器网络技术开发提供理论依据,基于麦克斯韦方程,建立了煤岩体介质中电磁信号衰减模型,采用理论分析和数值计算方法,得到煤岩体介质中电磁波的合理通信频段、衰减系数及趋肤深度等参数。结果表明:煤岩体的电性参数、孔隙率、温度、湿度是影响电磁信号衰减的主要因素;为保证电磁波在煤岩体介质中良好的传输性,通信频率≤1MHz;在单一有耗煤岩体介质中,电磁信号衰减系数大小为无烟煤>褐煤>肥煤>焦煤>贫煤,石灰岩>泥岩>粗砂岩>砂岩>细砂岩;井下电磁信号传输的有耗媒质为多元混合介质,为保证趋肤深度δ≥5 m,通信频率需满足f≤0.21 MHz.研究结果对确定适用于采空区的WSN最佳通信频率具有重要的应用价值。