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1 绪论1

1.1 引言1

1.2 煤岩电磁辐射研究现状3

1.2.1 电磁辐射现象研究3

1.2.2 电磁辐射机理研究5

1.3 岩石破裂表面电位研究进展7

1.3.1 岩石破裂表面带电现象7

1.3.2 岩石破裂电位信号研究7

1.3.3 地电场活动研究8

1.4 岩石表面电位产生机理9

1.5 煤岩表面电位研究中存在的不足10

1.6 研究方法及研究内容11

1.6.1 研究方法11

1.6.2 研究内容11

2 煤岩破坏表面电位实验系统与实验方案12

2.1 煤岩表面电位实验系统及试样12

2.1.1 煤岩表面电位实验系统12

2.1.2 试样及其制备方法15

2.2 煤岩表面电位实验内容及方案16

2.2.1 煤体表面电位实验内容16

2.2.2 煤体表面电位实验步骤16

2.2.3 煤岩表面电位实验方案16

3 煤岩破坏表面电位特征及规律性22

3.1 煤岩表面电位实验22

3.1.1 煤岩单轴压缩表面电位实验结果22

3.1.2 煤岩拉伸表面电位实验结果24

3.1.3 煤岩三点弯曲破坏表面电位实验结果27

3.1.4 煤岩摩擦表面电位实验结果29

3.1.5 煤样破坏内部电位变化规律33

3.2 煤岩表面电位与载荷及其变化率的相关性分析38

3.2.1 相关性分析理论38

3.2.2 表面电位相关性分析结果39

4 煤岩破坏表面电位的分形特征42

4.1 表面电位的R-S分析42

4.1.1 R-S分析42

4.1.2 R-S分析结果43

4.2 煤岩表面电位分形特征46

4.2.1 分形概述46

4.2.2 煤岩表面电位信号的分形特征47

4.3 表面电位的多重分形48

4.3.1 多重分形理论49

4.3.2 表面电位多重分形谱50

5 煤样破坏应变局部化与表面电位分布特征54

5.1 煤样破坏表面应变场分布研究54

5.1.1 煤样受载表面应变场54

5.1.2 煤样破坏应变场分布实验研究56

5.2 煤样表面电位分布规律57

5.2.1 表面电位空间插值理论57

5.2.2 煤样表面电位云图62

5.3 煤样应变局部化与表面电位集中化71

5.3.1 煤样破坏应变局部化71

5.3.2 煤样表面电位分布集中化特征73

6 煤岩表面电位的影响因素75

6.1 电性参数对煤样表面电位的影响75

6.1.1 受载煤样电阻率的实验研究75

6.1.2 电阻率对煤样表面电位的影响分析79

6.2 加载方式对煤样表面电位的影响79

6.3 加载速率对表面电位的影响84

6.4 煤岩缺陷对表面电位的影响85

6.5 水分对煤岩表面电位的影响87

6.5.1 水分对煤岩力学性质的影响87

6.5.2 水对煤样表面电位影响的分析及实验89

6.6 煤样充放瓦斯的表面电位95

6.6.1 实验系统及实验方案95

6.6.2 实验结果分析及探讨96

6.7 煤岩胀裂表面电位研究100

6.7.1 实验研究100

6.7.2 实验结果及分析102

7 煤岩破坏微观过程及表面电位产生机理109

7.1 煤岩变形破裂微观机理分析109

7.1.1 煤中的裂纹与缺陷109

7.1.2 裂纹扩展理论112

7.1.3 裂纹的扩展途径116

7.1.4 断裂前破坏带形成的微观分析117

7.1.5 煤岩变形破裂微观机理总结120

7.2 煤岩破裂表面电位机理121

7.2.1 煤岩破裂自由电荷产生机理121

7.2.2 受载煤岩的表面电位129

7.2.3 煤岩表面电位的统计损伤计算模型136

8 采动煤体表面电位的时空分布规律143

8.1 地震、火山灾害地电异常测试143

8.2 煤矿现场煤岩表面电位测试研究144

8.2.1 表面电位测试装置144

8.2.2 测试场地概况144

8.2.3 测试方式146

8.3 采掘空间周围煤体表面电位的时空变化规律148

8.3.1 煤体表面电位的时间变化规律148

8.3.2 煤体表面电位的空间变化规律150

8.4 煤体表面电位的影响因素研究154

8.4.1 机电设备对表面电位的影响154

8.4.2 煤层注水对表面电位的影响155

8.4.3 注水孔两侧煤体表面电位的分布155

8.5 意义与展望158

参考文献159