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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