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，在經濟發(fā)展過程中起著至關重要的作用。安全、有效的煤礦生產具有重大的社會和經濟意義。煤礦開采過程中的煤礦動力災害是制約煤礦安全生產的重要因素之一。煤礦動力災害準確、有效的預測在煤礦安全生產的過程中顯得至關重要。分形理論是由美國學者提出的一種定量描述不規(guī)則自然現(xiàn)象的幾何工具。由于對非線性復雜現(xiàn)象的準確描述，該理論一經提出就在學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雜非線性特征。固定質量法具有：不存在

2、起點效應、尺寸效應、收斂性好的優(yōu)點。本文首先使用固定質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)、剩余能量之間的關系。
　　本研究主要內容包括：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)；當應力增加至應力極限時，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)關系。當組合煤樣中頂板所占比例增加，單軸壓縮過程中產生的電磁輻射

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，使用固定質量法計算多重分形維數(shù)發(fā)現(xiàn)：在相同的時間段內，統(tǒng)計矩q值越大，所對應的多重分形維數(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