煤巖電磁輻射多重分形特征研究.pdf

1、煤炭作為我國(guó)重要的戰(zhàn)略資源，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)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(huì)和經(jīng)濟(jì)意義。煤礦開(kāi)采過(guò)程中的煤礦動(dòng)力災(zāi)害是制約煤礦安全生產(chǎn)的重要因素之一。煤礦動(dòng)力災(zāi)害準(zhǔn)確、有效的預(yù)測(cè)在煤礦安全生產(chǎn)的過(guò)程中顯得至關(guān)重要。分形理論是由美國(guó)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(duì)非線性復(fù)雜現(xiàn)象的準(zhǔn)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(zhǔn)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(diǎn)效應(yīng)、尺寸效應(yīng)、收斂性好的優(yōu)點(diǎn)。本文首先使用固定質(zhì)量法對(duì)單軸壓縮過(guò)程中純煤樣、不同比例的組合煤樣的電磁輻射信號(hào)進(jìn)行了分析。得到了整個(gè)加載過(guò)程中電磁輻射信號(hào)的多重分形維數(shù)和多重分形譜寬度隨時(shí)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(qiáng)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(guò)程中，會(huì)向外部空間發(fā)射低頻電磁輻射信號(hào)。②單軸壓縮過(guò)程中，試樣處于壓密階段時(shí)

3、，電磁輻射脈沖數(shù)基本保持較大幅度的增加；進(jìn)入彈性階段后，電磁輻射脈沖數(shù)信號(hào)開(kāi)始減少，并保持一段時(shí)間的穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)應(yīng)力增加至應(yīng)力極限時(shí)，電磁輻射脈沖數(shù)信號(hào)突然增加并保持在一個(gè)較高的峰值；試樣進(jìn)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(shí)，材料向外發(fā)射的電磁輻射信號(hào)是一種不連續(xù)的信號(hào)，具有陣發(fā)性特點(diǎn)。④電磁輻射信號(hào)值與組合煤樣頂板所占整個(gè)試樣的比例呈正指數(shù)關(guān)系。當(dāng)組合煤樣中頂板所占比例增加，單軸壓縮過(guò)程中產(chǎn)生的電磁輻射

4、信號(hào)以正指數(shù)的比例隨之增加。⑤使用分形理論對(duì)煤巖體向外發(fā)射的電磁輻射信號(hào)進(jìn)行處理后發(fā)現(xiàn)，該電磁輻射信號(hào)具有分形特征。⑥多重分形維數(shù)隨著統(tǒng)計(jì)距的階q的增大而逐漸減小，當(dāng)q值增加到一定程度時(shí)，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(gè)受載過(guò)程，按照時(shí)間平均分成20等分，使用固定質(zhì)量法計(jì)算多重分形維數(shù)發(fā)現(xiàn)：在相同的時(shí)間段內(nèi)，統(tǒng)計(jì)矩q值越大，所對(duì)應(yīng)的多重分形維數(shù)值就越小。試件整個(gè)加載過(guò)程中，多重分形維數(shù)會(huì)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(gè)受載過(guò)程分為：壓密、彈性、塑性、主破裂、殘余變形五個(gè)階段。分別計(jì)算每個(gè)階段的多重分形譜寬度。在單軸壓縮過(guò)程中試件由壓密階段進(jìn)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(jìn)入塑性階段，多重分形譜寬度開(kāi)始增大。臨近主破裂階段，多重分形譜寬度繼續(xù)增大，并達(dá)到最大值。進(jìn)入殘余變形階段后，出