煤岩变形破裂电磁辐射的实验研究

对受载煤体变形破裂产生电磁辐射进行了实验研究及规律分析,并对煤岩变形破裂电磁辐射的机理进行了探讨分析．研究结果表明,煤体变形破裂时能够产生电磁辐射,电磁辐射信号与声发射信号并非严格同步,电磁辐射信号较声发射信号丰富,电磁辐射与煤岩体的变形破裂过程密切相关．煤岩电磁辐射技术在揭示煤岩变形破裂机理,预测、预报地震,矿山煤岩灾害动力现象及岩石混凝土建筑稳定性方面有着非常广泛的应用前景．     

煤样变形破坏声电效应的演化规律及机理研究

通过实验研究不同煤样变形破坏全过程的声发射和电磁辐射效应的演化规律，分析了煤样变形破坏过程中电磁辐射和声发射信号的相关性和煤样变形破坏的微观机理，提出了煤样变形破坏过程中电磁辐射和声发射信号分别是在煤样内的裂纹面滑移和裂纹扩展时产生的观点，较好地解释了煤样变形破坏过程中声电效应的变化规律和特征，为进一步提高电磁辐射及声发射、电磁辐射综合预测煤岩动力灾害的可靠性和准确性提供了理论基础.     

冲击矿压危险预测的电磁辐射原理

由于煤岩冲击破裂过程中,裂缝的形成和颗粒的摩擦会产生电磁辐射,因此,可采用电磁辐射技术来预测煤矿的冲击矿压危险.研究表明,电磁辐射基本上随着加载及变形速率的增加而增强;在发生冲击性破坏以前,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;煤体应力越大,变形破裂越强烈,电磁辐射信号也越强.煤岩变形破坏的弹塑脆性模型分析表明,煤岩体的损伤速度与电磁辐射脉冲数、声发射事件数成正比,与瞬间释放的能量、变形速度成正比.对具有强冲击危险工作面进行的研究表明,电磁辐射完全可以预测煤矿冲击矿压危险,检验卸压爆破效果,而且准确率高,效果明显.     

岩石破裂过程中超长波段的电、磁信号和声发射的实验研究.

在单轴压力下对辉长岩、大理岩等岩石破裂过程中产生的电、磁、声信号作了实验研究。实验分干、湿两种情况进行, 测试系统的频响范围为超低频。主要结果是:获得了岩样从受压到解体过程中, 在0-20kHz频段内的电磁辐射和声发射信号的原始波形;岩石破裂过程中电磁信号的辐射强度与岩石的岩性、含水量、破裂强度、加载率和破裂状态有关;岩石破裂过程中的电磁辐射率和声发射率有关系, 它们的最大值在时间上相对应的约占70%,而且电磁辐射信号比声发射信号发育, 持续时间也较长;实验中以铜板天线为接收传感器的电磁信号的主能潜在6kHz以下, 而以电感线圈为接收传感器的电磁信号主能谱在10kHz左右, 声发射的主能谱在3kHz以下;声发射信号出现之前有明显的电磁信号。由于岩石在破裂过程中辐射的电磁信号与声发射有较好的对应关系, 因此可以认为, 岩石破裂实验中获得的电磁辐射信号与岩石破裂有密切的关系。所以, 地震前观测到的电磁辐射异常主要是由岩石的破裂引起的。至于实验中在声发射之前出现的电磁信号, 则可能与压电、压磁效应有关。      

岩石破裂中的电声效应

利用１６通道高速数据采集系统及三分量声发射换能器对多种岩石样品在单轴压缩及双剪破裂过程中产生的电磁辐射（ＥＭ）和声发射（ＡＥ）及其相互关系进行了实验研究．结果表明,岩样尺寸和岩石矿物成分对电磁辐射的产生及其特性都有较大影响．ＥＭ与ＡＥ的关系具有多样性,既有伴随ＡＥ出现的ＥＭ,还有不伴随ＡＥ出现的ＥＭ．这表明除微破裂产生的电磁辐射外,可能存在产生电磁辐射的非破裂机制．     

受载煤体表面电位效应的实验研究

利用建立的煤体表面电位实验系统,研究了煤体在单轴压缩、拉伸、三点弯曲等不同破坏方式下的表面电位效应特征和规律. 研究结果表明, 煤体在受载破坏时能够产生表面电位, 并且表面电位与载荷呈较好的一致性,它们之间的相关系数可达到0.6～0.9;同时,载荷的变化会引起表面电位相应的变化,表面电位信号一般随载荷的增加而增强, 随载荷的降低而减弱;并且表面电位在煤样表面上的分布是随载荷增加及煤样的破坏而变化的. 通过煤体表面电位的研究, 对进一步深入研究煤体破裂电磁辐射的产生机理, 促进煤岩电磁辐射技术的发展和应用具有一定的作用. 同时,对于煤体表面电位的深入研究,可望为评定煤矿现场煤体应力状态及其稳定性、监测预报煤岩动力灾害提供一种新的方法和手段.     

单轴压缩下含断层带花岗岩声发射、微震和电荷感应实验

针对岩样在外载荷作用下失稳破坏前有声发射、微震和电荷等信号的异常变化特性,运用声发射、微震和电荷感应等全波形综合监测设备对含断层带花岗岩在单轴压缩下变形破裂过程的信号进行同步监测。结果表明:含断层带花岗岩在弹性变形阶段有明显的声发射、微震和电荷感应同步前兆信号,在试样失稳破坏阶段有同步的声发射、微震和电荷感应大幅值前兆信号。断层带对花岗岩试件强度的影响是显著的,含断层带试件的单轴抗压强度大大降低。随着断层带倾角的减小,试样的单轴抗压强度降低,岩样更容易失稳,失稳破坏的能量也更大。随着断层带倾角的减小,试样变形破裂过程的声发射、微震和电荷感应信号都增多,试样出现同步的前兆信号时的应力降低,在试样失稳破坏阶段声发射、微震和电荷感应前兆信号事件的持续时间都增大。断层带倾角30°时,声发射、微震和电荷感应信号突变性增加,进入危险阶段大大提前,大震级事件也显著增多,在矿井大倾角断层处更为危险。在试样失稳破坏阶段前同步产生密集且大幅值的声发射、微震和电荷感应信号,持续时间较短;在试样失稳破坏阶段同步产生密集且最强的声发射、微震和电荷感应信号,持续时间较长。声发射监测数据能较好地反映岩石的微小破裂情况,对声发射、微震和电荷感应前兆信号相结合分析,可以更准确地获得岩石失稳破坏的前兆信息。     

循环加载下岩石破裂过程中声发射b值变化特征及意义

1 研究背景 声发射是指岩石在受力过程中发生变形和破裂,其应变能释放所监测到的一种物理现象,而b值是表征地震震级—频度关系的参数,研究人员发现,b值具有非线性特征,且与岩石破裂过程密切相关.因此,利用岩石试件变形破坏过程中产生的声发射事件模拟地震,进而研究不同加载条件下岩石变形破坏过程中的声发射b值变化特征,可用于监测岩石受力破坏过程中内部预存微裂隙的活动状态,有助于揭示岩石损伤机理及岩石的破坏程度,也可作为岩石失稳预警参数,捕捉地震发生的前兆信息.     

环氧树脂材料中电磁辐射与裂纹动力的关系

应用电磁辐射(EME)和声发射(AE)信号检测研究了机械应力加载条件下脆性、介电性材料的断裂。对环氧树脂样品采用3点弯曲实验装置施加应力使之破裂,同时监测破裂引起的电磁辐射和声发射信号。本次研究的重点是裂纹面的走向及距离对检测到的电磁辐射信号的影响。由于采用的电磁辐射传感器是电容式传感器,我们利用人工检测源测试了传感器、连接的放大器、数据采集卡以及内置带通滤波器的系统响应特征。基于在破裂面位置上模拟的表面电荷密度,我们提出了一种电磁辐射信号的源。将电磁辐射源的有限元方法模拟结果与实验结果进行比较,显示出较好的一致性。实验结果显示辐射出的电磁场优势方向明显,检测到的信号幅值显著依赖于信号源到传感器的距离,并发现测量链对检测到的电磁信号带宽具有显著影响。进一步研究表明电磁信号由3部分构成,分别产生于不同机制,即裂纹生长过程中电荷的分离和弛豫,以及带电裂纹面的振动。     

地震电磁辐射与地震预报的观测实验研究

作者参加了30多年的地震电磁辐射观测实践和震例研究,总结了中国地震电磁辐射信号在频率域、时间域和空间分布的特性。为了探索地震电磁辐射的物理机制,作者做了一系列的岩石破裂实验研究（室内和野外实验）。企图模拟在观测实践中出现的各种现象和岩石破裂不同阶段产生电磁辐射信号的机理。     

SF-1型岩石声发射测试仪

SF-1型岩石声发射测试仪是岩石力学实验研究的一种非常有用的测试仪器。它可以用来监测岩石或岩石样品在外力作用下,发生变化过程中由微破裂所产生的声发射现象。它不仅可以研究微破裂与应力、变形、波速、时间等的变化规律,而且还可以进一步研究微破裂与主破裂(大破裂)的关系。所以它在岩石或岩体的变形破坏实验研究中具有重要的意义。多年来,在进行岩石力学研究中一直缺少适用的声发射仪,从而影响了这方面工作的开展。为了当前     

声发射信号频谱分析系统

声发射现象不仅在工程上,而且在地质上得到越来越广泛的研究。岩石声发射信号的频谱携带着有关材料特性,破裂机制以及信号传播路径上的构造特征等信息。因此声发射频谱分析成了声发射研究工作中最基本的工作之一。 1.声发射信号的基本特征及频谱分析系统存在的问题 个别的声发射信号是不可重复的单次性瞬态信号。一般认为,声发射信号是一种宽频带信号。它所复     

地震电磁辐射前兆不同步现象物理机制的实验研究

为了研究地震电磁辐射前兆信号不同步现象的物理机制,我们对岩样施加双轴压力,使岩样产生剪切破裂和摩擦滑动,以模拟地震孕震区构造断裂带的活动．在断裂缝周围放置各类频率的天线,采用自动快速连续观测系统,记录各类岩样在剪切破裂和滑动摩擦过程中不同方位、不同频率的电磁辐射和声发射信号． 实验结果表明: ① 岩样在双轴压力作用下发生剪切破裂和滑动摩擦过程中出现大量的电磁信号,信号的频率从几百赫兹~几千赫兹;② 不同方位、不同频率的天线接收的信号到时不同步、信号幅度也有差异,位于裂缝处的天线接收的信号最大;③ 电信号和磁信号不同步出现,其中电信号出现的频率次数多,而且幅度大． 笔者认为,产生电信号（E）和磁信号（M）的机理不同．岩样内部的电信号是由于岩石晶体的压电效应和破裂的新生表面的净电荷产生的,而磁信号是岩石带电碎片的高速运动和岩石破裂时向外发射电子激励周围空气电离产生．分析几次中强地震的电磁前兆信号,也存在电和磁信号的不同步现象,而且电信号早于磁信号．如果同一个台站同时观测电场（地下）和磁场（大气）,能有效提高地震预报的效能．      

岩石破裂时电磁辐射的影响因素和机理

根据实验提出，岩石破裂时产生电磁辐射的影响因素主要是岩石力学性质和矿物组成．脆性破裂的样品和含石英、黄铁矿、黄铜矿等的样品易产生电磁辐射．存在3种破裂-辐射效应:晶体破裂效应、压电效应和天然半导体效应，分别是产生高频信号、低频信号和具有独特波形的中频信号的主要机理．      

煤矿采掘过程中煤岩体电磁辐射特征及应用

运用研制的KBD5矿用本安型电磁辐射监测仪测试了煤矿采掘过程中工作面煤岩体的电磁辐射，分析了电磁信号与采掘工艺及煤岩动力灾害危险性等的关系。研究表明，煤矿采掘过程伴随产生电磁辐射，电磁辐射是煤岩体受到采动影响后应力重新分布或变形破裂趋向新平衡的结果；有煤与瓦斯突出和冲击地压危险时，有明显的电磁异常前兆；采取防治措施后，电磁辐射显著下降。电磁辐射技术在煤矿可以用于预测煤与瓦斯突出、冲击地压等煤岩动力灾害。     

受载煤体变形破裂微波辐射前兆规律的实验研究

对煤体在单轴压缩条件下的微波辐射效应和规律进行了实验研究.实验结果表明,受载煤体具有微波辐射效应,在煤体的变形破裂过程中伴随有6.6 GHz微波辐射信号产生,其前兆规律具有3种类型.基于电介质物理学对实验现象进行了解释.在单轴压缩实验中,煤体的亮温最大变化值为1.9～2.7K,这表明煤体的微波辐射特性明显优于红外辐射特...     

单轴加载过程中煤样破裂声波特征实验研究

为了研究单轴加载过程煤样破裂声波特征.采用实验测试的方法,对研究区煤样进行了单轴加载过程声波特征测试.并采用声发射计数、小波变换、时频分析等分析方法对测试结果进行了分析.分析结果显示:在煤样变形过程中,声发射变化特征与煤样变形特征具有较好的一致性.并且,在煤样发生破坏时,有明显的次声波异常变化.因此,可以采用次声波与声发射相结合的方法,对煤矿煤岩体的破坏进行预测.这对提高煤矿地质灾害预测的准确性具有重要意义.     

声发射矩张量反演

地震矩张量反演是获取震源过程的有效方法.岩石变形过程中的声发射与地震类似,均是弹性应变能快速释放.如假设条件得到满足,矩张量反演方法同样可用于了解声发射震源过程.声发射矩张量反演可使用P波位移进行计算.当样品尺寸远大于声发射波长,且声发射由微破裂产生,声发射源的尺度很小时,P波矩张量反演可采用远场近似.本文首先针对声发射的特点,实现根据远场P波反演声发射矩张量的算法,并通过人工声发射实验对算法的正确性和可靠性进行了检验.最后,用声发射矩张量反演方法对花岗岩单轴压缩实验的声发射源特征进行了分析.结果表明：对于纯剪切破裂模式,声发射矩张量反演可得断层面;对于非纯剪切破裂模式,如纵向挤压导致的横向张性劈裂,由于存在多解性不能得到断层面,但可通过矩张量的迹区分破裂模式.     

岩石破裂时电磁辐射的机理研究

本文提出了岩石破裂时的电磁辐射是裂纹尖端电荷随着裂纹加速扩展运动所产生的假说.应用断裂力学方法推导了岩石破裂时初始裂纹长度与裂纹扩展加速度的关系,并计算了其速度和加速度值.根据破裂岩石的电子发射理论,解释了裂纹尖端带电荷的现象.利用岩石在单轴压缩致裂过程中记录到的近场电磁辐射的实验结果,计算了裂纹扩展时裂纹尖端的电荷量和远场电磁辐射强度.通过对电磁辐射波谱分析的研究,得到岩石破裂时电磁辐射频率上限的估计值.最后对岩石破裂时出现的声光电磁现象在理论上作了统一的定性的解释.     

二岩体系统破坏全过程的数值模拟和实验研究

利用岩石破裂过程分析RFPA2D软件系统对不同岩性的二岩体相互作用系统受力破坏过程进行了数值模拟。并与大理岩- 花岗岩组成的双试样串联加载变形及声发射实验结果进行了比较,解释了由破裂体与非破裂体组成的岩体系统失稳破裂前一些微震前兆规律,包括微破裂迁移、变形局部化等。对于地震失稳破坏现象的研究结果表明,弹性回弹区的性质与研究失稳破裂区的性质具有同等重要性。