复合煤岩受载破裂多场耦合机理

第1章绪论1 1.1研究背景 1 1.2研究现状 2 1.2.1深部煤岩能量演化理论及受载破裂失稳机制研究现状 2 1.2.2煤岩受载岩体辐射场、声场能量演化规律研究现状 6 1.2.3复合煤岩受载破裂多场耦合机制研究现状 11 1.3研究概况 12 1.3.1研究方法 14 1.3.2技术路线 15 1.3.3应用前景 15 参考文献 15 第2章受载煤岩破裂多物理场基本理论及耦合路径24 2.1煤岩受载破裂的宏观与微观解释 25 2.1.1煤岩体受载破裂宏观机制 26 2.1.2煤岩体受载破裂微观机制 26 2.2煤岩受载破裂各物理场演化基本理论 27 2.2.1煤岩受载破裂过程电荷感应原理 27 2.2.2煤岩受载破裂过程电磁辐射原理 29 2.2.3煤岩受载破裂过程红外辐射原理 32 2.3复合煤岩受载破裂多物理场耦合路径 33 2.4本章小结 34 参考文献 35 第3章复合煤岩受载破裂多参数监测装置与实验系统研究38 3.1煤岩受载破裂多参数监测系统结构 38 3.2系统主控电路设计 40 3.3电荷信号采集模块 41 3.3.1电荷传感器原理 42 3.3.2传感器转换电路 43 3.3.3滤波电路 44 3.4电磁辐射采集模块 45 3.4.1电磁辐射信号接收天线电路 45 3.4.2电磁辐射信号放大电路 47 3.4.3滤波电路 48 3.4.4信号去噪处理算法 49 3.5红外辐射温度采集模块 52 3.6受载煤岩破裂多参数监测系统软件设计 54 3.6.1程序总体流程图 54 3.6.2A/D采样程序设计 54 3.6.3通信软件设计 55 3.7上位机软件设计 56 3.7.1监测系统用户界面 56 3.7.2软件流程 57 3.8本章小结 57 参考文献 58 第4章复合煤岩受载破裂应力-电荷-红外辐射耦合模型研究59 4.1受载复合煤岩变形破裂试验设计 60 4.1.1试样制备 60 4.1.2试验系统 60 4.1.3试验步骤 62 4.2电磁辐射、电荷感应电压信号相关性研究 62 4.2.1实验结果分析 62 4.2.2相关性研究 66 4.2.3机理探讨 69 4.3SCT耦合模型研究 70 4.3.1模型推导 70 4.3.2实验研究 72 4.4本章小结 74 参考文献 75 第5章复合煤岩受载破裂温度-应力-电磁多场耦合模型研究76 5.1温度-应力-电磁场理论模型 76 5.2基于有限元的物理场变化规律分析 79 5.3验证实验及特征总结 80 5.3.1实验研究 80 5.3.2应力场分析 80 5.3.3温度场分析 82 5.3.4电磁场分析 86 5.3.5力电热耦合分析 89 5.4本章小结 90 参考文献 91 第6章考虑裂隙运动的受载复合煤岩应力-电磁辐射数值模型92 6.1裂隙周期运动对煤岩应力-电磁辐射模型的影响 92 6.2受载煤岩有限元建模与电磁信号分析 94 6.2.1受载煤岩电磁辐射数值模型 94 6.2.2受载复合煤岩仿真模型建立 97 6.2.3仿真条件及求解过程 97 6.2.4受载复合煤岩电磁辐射演化规律 98 6.3实验验证及特征总结 102 6.3.1场景及实验步骤 102 6.3.2结果处理及分析 104 6.3.3受载复合煤岩电磁辐射演化规律 105 6.4本章小结 108 参考文献 109 第7章循环加-卸下复合煤岩受载破裂红外辐射-能量演化及耦合机制111 7.1基于表面温度的煤岩受载状态识别方法 111 7.1.1复合煤岩卸荷热力耦合模型研究 111 7.1.2复合煤岩卸荷仿真模型研究 113 7.2循环加-卸受载煤岩红外辐射信号演化规律 114 7.3红外辐射-能量演化耦合机制 117 7.3.1煤岩能量计算 117 7.3.2能量演化规律研究 117 7.4本章小结 121 参考文献 122 第8章卸荷条件下复合煤岩受载破裂多场耦合模型123 8.1复合煤岩卸荷多场耦合数学模型 123 8.2卸荷下受载复合煤岩多物理场演化规律 124 8.2.1煤岩有限元建模 124 8.2.2仿真研究 125 8.2.3复合煤岩卸荷多场耦合机理研究 135 8.3实验验证与结果分析 136 8.4本章小结 139 参考文献 139 第9章复合煤岩受载破裂耗散能-辐射能耦合机制141 9.1基于能量损伤理论的复合煤岩受载破裂机理 141 9.2耗散能-辐射能耦合路径与模型建立 144 9.2.1耗散能-红外辐射能耦合数学模型 144 9.2.2耗散能-电磁辐射能耦合数学模型 151 9.3实验验证与结果分析 154 9.3.1耗散能-红外辐射能实验及结果 154 9.3.2耗散能-电磁辐射能实验及结果 160 9.4受载煤岩能量变化与耦合规律 166 9.4.1红外辐射能变化与耦合规律 166 9.4.2电磁辐射能变化与耦合规律 172 9.5本章小结 175 参考文献 176 结语180