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內(nèi)容簡介

　　本書以煤巖變形破裂過程中產(chǎn)生的電磁輻射、電荷、紅外輻射等信號為出發(fā)點(diǎn)，深入研究了可有效快捷預(yù)測沖擊地壓、煤與瓦斯突出等動力災(zāi)害的方法，實(shí)現(xiàn)非接觸式連續(xù)動態(tài)預(yù)測；結(jié)合損傷力學(xué)、電磁場理論等交叉學(xué)科理論，推導(dǎo)了復(fù)合煤巖在加卸荷過程中多物理場耦合數(shù)學(xué)模型，并探究多物理場變化規(guī)律及耦合機(jī)制、復(fù)合煤巖循環(huán)加卸荷能量演化機(jī)制、復(fù)合煤巖加卸荷過程中各部分表面平均紅外溫度和能量演化規(guī)律及能量變化，推導(dǎo)建立了耗散能-紅外輻射能耦合數(shù)學(xué)模型、應(yīng)力-電荷感應(yīng)信號耦合關(guān)系、耗散能-電磁輻射能耦合數(shù)學(xué)模型；開發(fā)了復(fù)合煤巖受載破裂多參數(shù)監(jiān)測實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并在沖擊地壓預(yù)測、煤與瓦斯突出預(yù)測、礦山壓力觀測及評估等方面進(jìn)行了較為廣泛的實(shí)際應(yīng)用研究。本書可供從事煤巖、混凝土等動力災(zāi)害現(xiàn)象（如沖擊地壓、煤與瓦斯突出、滑坡、冒頂、地震、隧道和壩基結(jié)構(gòu)失穩(wěn)等）及煤巖物理力學(xué)性質(zhì)、巖土工程等領(lǐng)域研究的科技工作者、研究生、本科生以及礦山安全和礦山電氣工程相關(guān)技術(shù)人員參考。

作者簡介

　　李鑫，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向：礦山電磁智能感知技術(shù)、智能電網(wǎng)理論與技術(shù)。主持完成國家自然科學(xué)基金“深部復(fù)合煤巖卸荷破裂熱紅外輻射機(jī)理及多場耦合模型研究（ 51604141）”、遼寧省教育廳基金“微電網(wǎng)并聯(lián)APF拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及柔性控制技術(shù)應(yīng)用研究（LJYL016）”、“應(yīng)急救援超寬帶雷達(dá)生命探測儀關(guān)鍵技術(shù)研究”（ LJ2020-JCL020） ;參與完成國家自然科學(xué)基金、遼寧省教育廳基金、遼寧省高校創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目、遼寧省教育廳基金項(xiàng)目及橫向課題等25項(xiàng)。研究成果獲得省部級科學(xué)技術(shù)獎二等獎2項(xiàng)、三等獎8項(xiàng)。在國內(nèi)外期刊及國際會議發(fā)表論文42篇，SCIVE檢索19篇，授權(quán)國家發(fā)明專利6件。在讀博士生1人，碩士生16人。

圖書目錄

第1章緒論1
1.1研究背景 1
1.2研究現(xiàn)狀 2
1.2.1深部煤巖能量演化理論及受載破裂失穩(wěn)機(jī)制研究現(xiàn)狀 2
1.2.2煤巖受載巖體輻射場、聲場能量演化規(guī)律研究現(xiàn)狀 6
1.2.3復(fù)合煤巖受載破裂多場耦合機(jī)制研究現(xiàn)狀 11
1.3研究概況 12
1.3.1研究方法 14
1.3.2技術(shù)路線 15
1.3.3應(yīng)用前景 15
參考文獻(xiàn) 15
第2章受載煤巖破裂多物理場基本理論及耦合路徑24
2.1煤巖受載破裂的宏觀與微觀解釋 25
2.1.1煤巖體受載破裂宏觀機(jī)制 26
2.1.2煤巖體受載破裂微觀機(jī)制 26
2.2煤巖受載破裂各物理場演化基本理論 27
2.2.1煤巖受載破裂過程電荷感應(yīng)原理 27
2.2.2煤巖受載破裂過程電磁輻射原理 29
2.2.3煤巖受載破裂過程紅外輻射原理 32
2.3復(fù)合煤巖受載破裂多物理場耦合路徑 33
2.4本章小結(jié) 34
參考文獻(xiàn) 35
第3章復(fù)合煤巖受載破裂多參數(shù)監(jiān)測裝置與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究38
3.1煤巖受載破裂多參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 38
3.2系統(tǒng)主控電路設(shè)計(jì) 40
3.3電荷信號采集模塊 41
3.3.1電荷傳感器原理 42
3.3.2傳感器轉(zhuǎn)換電路 43
3.3.3濾波電路 44
3.4電磁輻射采集模塊 45
3.4.1電磁輻射信號接收天線電路 45
3.4.2電磁輻射信號放大電路 47
3.4.3濾波電路 48
3.4.4信號去噪處理算法 49
3.5紅外輻射溫度采集模塊 52
3.6受載煤巖破裂多參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 54
3.6.1程序總體流程圖 54
3.6.2A/D采樣程序設(shè)計(jì) 54
3.6.3通信軟件設(shè)計(jì) 55
3.7上位機(jī)軟件設(shè)計(jì) 56
3.7.1監(jiān)測系統(tǒng)用戶界面 56
3.7.2軟件流程 57
3.8本章小結(jié) 57
參考文獻(xiàn) 58
第4章復(fù)合煤巖受載破裂應(yīng)力-電荷-紅外輻射耦合模型研究59
4.1受載復(fù)合煤巖變形破裂試驗(yàn)設(shè)計(jì) 60
4.1.1試樣制備 60
4.1.2試驗(yàn)系統(tǒng) 60
4.1.3試驗(yàn)步驟 62
4.2電磁輻射、電荷感應(yīng)電壓信號相關(guān)性研究 62
4.2.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 62
4.2.2相關(guān)性研究 66
4.2.3機(jī)理探討 69
4.3SCT耦合模型研究 70
4.3.1模型推導(dǎo) 70
4.3.2實(shí)驗(yàn)研究 72
4.4本章小結(jié) 74
參考文獻(xiàn) 75
第5章復(fù)合煤巖受載破裂溫度-應(yīng)力-電磁多場耦合模型研究76
5.1溫度-應(yīng)力-電磁場理論模型 76
5.2基于有限元的物理場變化規(guī)律分析 79
5.3驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)及特征總結(jié) 80
5.3.1實(shí)驗(yàn)研究 80
5.3.2應(yīng)力場分析 80
5.3.3溫度場分析 82
5.3.4電磁場分析 86
5.3.5力電熱耦合分析 89
5.4本章小結(jié) 90
參考文獻(xiàn) 91
第6章考慮裂隙運(yùn)動的受載復(fù)合煤巖應(yīng)力-電磁輻射數(shù)值模型92
6.1裂隙周期運(yùn)動對煤巖應(yīng)力-電磁輻射模型的影響 92
6.2受載煤巖有限元建模與電磁信號分析 94
6.2.1受載煤巖電磁輻射數(shù)值模型 94
6.2.2受載復(fù)合煤巖仿真模型建立 97
6.2.3仿真條件及求解過程 97
6.2.4受載復(fù)合煤巖電磁輻射演化規(guī)律 98
6.3實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及特征總結(jié) 102
6.3.1場景及實(shí)驗(yàn)步驟 102
6.3.2結(jié)果處理及分析 104
6.3.3受載復(fù)合煤巖電磁輻射演化規(guī)律 105
6.4本章小結(jié) 108
參考文獻(xiàn) 109
第7章循環(huán)加-卸下復(fù)合煤巖受載破裂紅外輻射-能量演化及耦合機(jī)制111
7.1基于表面溫度的煤巖受載狀態(tài)識別方法 111
7.1.1復(fù)合煤巖卸荷熱力耦合模型研究 111
7.1.2復(fù)合煤巖卸荷仿真模型研究 113
7.2循環(huán)加-卸受載煤巖紅外輻射信號演化規(guī)律 114
7.3紅外輻射-能量演化耦合機(jī)制 117
7.3.1煤巖能量計(jì)算 117
7.3.2能量演化規(guī)律研究 117
7.4本章小結(jié) 121
參考文獻(xiàn) 122
第8章卸荷條件下復(fù)合煤巖受載破裂多場耦合模型123
8.1復(fù)合煤巖卸荷多場耦合數(shù)學(xué)模型 123
8.2卸荷下受載復(fù)合煤巖多物理場演化規(guī)律 124
8.2.1煤巖有限元建模 124
8.2.2仿真研究 125
8.2.3復(fù)合煤巖卸荷多場耦合機(jī)理研究 135
8.3實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與結(jié)果分析 136
8.4本章小結(jié) 139
參考文獻(xiàn) 139
第9章復(fù)合煤巖受載破裂耗散能-輻射能耦合機(jī)制141
9.1基于能量損傷理論的復(fù)合煤巖受載破裂機(jī)理 141
9.2耗散能-輻射能耦合路徑與模型建立 144
9.2.1耗散能-紅外輻射能耦合數(shù)學(xué)模型 144
9.2.2耗散能-電磁輻射能耦合數(shù)學(xué)模型 151
9.3實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與結(jié)果分析 154
9.3.1耗散能-紅外輻射能實(shí)驗(yàn)及結(jié)果 154
9.3.2耗散能-電磁輻射能實(shí)驗(yàn)及結(jié)果 160
9.4受載煤巖能量變化與耦合規(guī)律 166
9.4.1紅外輻射能變化與耦合規(guī)律 166
9.4.2電磁輻射能變化與耦合規(guī)律 172
9.5本章小結(jié) 175
參考文獻(xiàn) 176
結(jié)語180