煤巖電磁輻射多重分形特征研究.pdf

1、煤炭作為我國重要的戰(zhàn)略資源，在經(jīng)濟發(fā)展過程中起著至關(guān)重要的作用。安全、有效的煤礦生產(chǎn)具有重大的社會和經(jīng)濟意義。煤礦開采過程中的煤礦動力災(zāi)害是制約煤礦安全生產(chǎn)的重要因素之一。煤礦動力災(zāi)害準確、有效的預(yù)測在煤礦安全生產(chǎn)的過程中顯得至關(guān)重要。分形理論是由美國學(xué)者提出的一種定量描述不規(guī)則自然現(xiàn)象的幾何工具。由于對非線性復(fù)雜現(xiàn)象的準確描述，該理論一經(jīng)提出就在學(xué)界引起了巨大的反響。多重分形能夠準確描述的分形事物復(fù)雜非線性特征。固定質(zhì)量法具有：不存在

2、起點效應(yīng)、尺寸效應(yīng)、收斂性好的優(yōu)點。本文首先使用固定質(zhì)量法對單軸壓縮過程中純煤樣、不同比例的組合煤樣的電磁輻射信號進行了分析。得到了整個加載過程中電磁輻射信號的多重分形維數(shù)和多重分形譜寬度隨時間的變化規(guī)律。分析了多重分形譜寬度與組合煤樣頂板比例、單軸抗壓強度、彈性模量、彈性能指數(shù)、沖擊能指數(shù)、剩余能量之間的關(guān)系。
　　本研究主要內(nèi)容包括：①煤巖材料受載的過程中，會向外部空間發(fā)射低頻電磁輻射信號。②單軸壓縮過程中，試樣處于壓密階段時

3、，電磁輻射脈沖數(shù)基本保持較大幅度的增加；進入彈性階段后，電磁輻射脈沖數(shù)信號開始減少，并保持一段時間的穩(wěn)定狀態(tài)；當應(yīng)力增加至應(yīng)力極限時，電磁輻射脈沖數(shù)信號突然增加并保持在一個較高的峰值；試樣進入殘余變形階段后，又逐步下降至峰前水平。③煤巖材料受到外部的荷載時，材料向外發(fā)射的電磁輻射信號是一種不連續(xù)的信號，具有陣發(fā)性特點。④電磁輻射信號值與組合煤樣頂板所占整個試樣的比例呈正指數(shù)關(guān)系。當組合煤樣中頂板所占比例增加，單軸壓縮過程中產(chǎn)生的電磁輻射

4、信號以正指數(shù)的比例隨之增加。⑤使用分形理論對煤巖體向外發(fā)射的電磁輻射信號進行處理后發(fā)現(xiàn)，該電磁輻射信號具有分形特征。⑥多重分形維數(shù)隨著統(tǒng)計距的階q的增大而逐漸減小，當q值增加到一定程度時，多重分形維數(shù)趨近于穩(wěn)定狀態(tài)，繼續(xù)增大q值分形維數(shù)將保持不變。⑦把試件整個受載過程，按照時間平均分成20等分，使用固定質(zhì)量法計算多重分形維數(shù)發(fā)現(xiàn)：在相同的時間段內(nèi)，統(tǒng)計矩q值越大，所對應(yīng)的多重分形維數(shù)值就越小。試件整個加載過程中，多重分形維數(shù)會隨應(yīng)力的變

5、化而變化，試件受載破裂前，多重分形維數(shù)表現(xiàn)為不規(guī)則的震蕩特征，試件受載破裂后，多重分形維數(shù)先下降后快速增加。⑧定義多重分型譜。將整個受載過程分為：壓密、彈性、塑性、主破裂、殘余變形五個階段。分別計算每個階段的多重分形譜寬度。在單軸壓縮過程中試件由壓密階段進入彈性階段，多重分形譜寬度小幅度減小。隨著應(yīng)力的的增加，試件由彈性階段進入塑性階段，多重分形譜寬度開始增大。臨近主破裂階段，多重分形譜寬度繼續(xù)增大，并達到最大值。進入殘余變形階段后，出