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| 編輯推薦： |
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本书介绍了作者团队在复合煤岩受载破裂多物理场理论、应用技术与装备开发和实验应用方面取得的突破性进展，尤其是其提出并建立的应力-电荷-红外辐射耦合模型、温度-应力-电磁多场耦合模型、应力-电磁辐射数值模型、复合煤岩卸荷热力耦合模型、复合煤岩卸荷多场耦合数学模型、耗散能-红外辐射能耦合数学模型及耗散能-电磁辐射能耦合数学模型等为煤岩开采活动中的动力灾害预测预报提供了理论基础，对于进一步揭示煤岩变形破裂机理、煤岩物理力学特性、煤岩动力灾害演化机理、监测预警煤岩动力灾害及保证煤矿安全生产和人员人身财产安全具有重要意义。
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| 內容簡介： |
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本书以煤岩变形破裂过程中产生的电磁辐射、电荷、红外辐射等信号为出发点，深入研究了可有效快捷预测冲击地压、煤与瓦斯突出等动力灾害的方法，实现非接触式连续动态预测；结合损伤力学、电磁场理论等交叉学科理论，推导了复合煤岩在加卸荷过程中多物理场耦合数学模型，并探究多物理场变化规律及耦合机制、复合煤岩循环加卸荷能量演化机制、复合煤岩加卸荷过程中各部分表面平均红外温度和能量演化规律及能量变化，推导建立了耗散能-红外辐射能耦合数学模型、应力-电荷感应信号耦合关系、耗散能-电磁辐射能耦合数学模型；开发了复合煤岩受载破裂多参数监测实验系统，并在冲击地压预测、煤与瓦斯突出预测、矿山压力观测及评估等方面进行了较为广泛的实际应用研究。本书可供从事煤岩、混凝土等动力灾害现象（如冲击地压、煤与瓦斯突出、滑坡、冒顶、地震、隧道和坝基结构失稳等）及煤岩物理力学性质、岩土工程等领域研究的科技工作者、研究生、本科生以及矿山安全和矿山电气工程相关技术人员参考。
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| 關於作者： |
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李鑫，博士，副教授，硕士生导师，主要研究方向:矿山电磁智能感知技术、智能电网理论与技术。主持完成国家自然科学基金“深部复合煤岩卸荷破裂热红外辐射机理及多场耦合模型研究( 51604141)”、辽宁省教育厅基金“微电网并联APF拓扑结构及柔性控制技术应用研究(LJYL016)”、“应急救援超宽带雷达生命探测仪关键技术研究”( LJ2020-JCL020) ;参与完成国家自然科学基金、辽宁省教育厅基金、辽宁省高校创新团队项目、辽宁省教育厅基金项目及横向课题等25项。研究成果获得省部级科学技术奖二等奖2项、三等奖8项。在国内外期刊及国际会议发表论文42篇，SCIVE检索19篇，授权国家发明专利6件。在读博士生1人，硕士生16人。
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| 目錄：
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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
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| 內容試閱：
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煤岩动力灾害现象是煤岩体在载荷作用下变形破裂逐渐演化而发生的突发性破坏或失稳现象，具有动力效应和破坏性灾害后果。在许多工程领域都存在煤岩动力灾害现象，如地震、滑坡、岩石混凝土结构失稳等。长期以来，我国煤矿由于煤层赋存与地质条件复杂多样，煤岩动力灾害事故频发，损失严重，因此，科学、有效的动力灾害监测预警方法成为众多学者和安全工作者研究的焦点。
在我国，典型的煤岩动力灾害包括煤与瓦斯突出和冲击地压。一般研究认为，这两种典型的动力灾害是由于煤岩体受载破坏从而导致煤岩体与围岩力学系统平衡被打破。当应力超过煤岩的强度限时，聚积在煤岩体中的能量突然释放，以求达到新的平衡状态，原有的动力平衡条件被破坏，从而发生煤岩动力灾害。受载破裂多物理场能量演化规律研究在预测煤岩动力灾害现象、地震、地质滑坡、测量煤岩体应力状态等方面具有广泛的应用前景。因此，本书采用多学科交叉理论，从应用基础理论、技术开发等方面对煤岩受载破裂规律及多物理场耦合机制进行深入分析和研究，为煤岩开采动力灾害预测预报提供了理论基础。对于进一步揭示煤岩变形破裂机理、煤岩物理力学特性、煤岩动力灾害演化机理、监测预警煤岩动力灾害及保证煤矿生产和人员人身财产安全具有重要的实际意义。
作者在国家自然科学基金项目“深部复合煤岩卸荷破裂热红外辐射机理及多场耦合模型研究（51604141）”、国家自然科学基金项目“受载复合煤岩体破裂电磁辐射机理及力电热耦合模型研究（51204087）”、辽宁省自然科学基金项目“深部复合煤岩卸荷破裂能量演化特征及多场耦合机理研究（20170540427）”、辽宁“百千万人才工程”培养经费资助项目“深部复合煤岩卸荷破裂多物理场能量演化规律及耦合机理研究（2021921083）”、辽宁工程技术大学创新团队项目“矿山电磁智能感知预警技术及装备创新团队”（LNTU20TD-29）、辽宁省应用基础研究计划项目“矿井超宽带生命探测雷达信号传播规律及耦合机制研究”（2023JH2/101300138）等课题资助下，经过多年来坚持不懈地探索和研究，在煤岩受载破裂非接触预警技术、多物理场理论、应用技术与装备开发和实验应用方面取得了突破性进展，以及大量有益的成果。如发明了复合煤岩受载破裂多参数监测实验系统研究的技术方法，从理论上建立了煤岩动力灾害多参数预警准则，阐明了复合煤岩变形破裂温度-应力-电磁多场耦合机制，且理论和实验结果证明三者与煤岩破裂机制存在内在联系等。本书对这些内容进行了比较详尽的论述，希望能对从事此方面及相关领域研究的科技工作者有所启示。
本书主要介绍了作者团队关于煤岩破裂过程中的复合煤岩受载破裂多物理场现象、规律以及复合煤岩受载破裂多物理场技术现场应用等方面的研究成果。本书首次在损伤力学、岩石力学、统计理论和热力学基础上提出并建立了应力-电荷-红外辐射耦合模型、温度-应力-电磁多场耦合模型、应力-电磁辐射数值模型、复合煤岩卸荷热力耦合模型、复合煤岩卸荷多场耦合数学模型、耗散能-红外辐射能耦合数学模型及耗散能-电磁辐射能耦合数学模型，并在此基础上进行数值模拟与实验，研究了多物理场变化规律及耦合机制、复合煤岩循环加卸荷能量演化机制、复合煤岩加卸荷过程中各部分表面平均红外温度及能量演化规律及能量变化、受载复合煤岩变形破裂过程中耗散能与电磁辐射能耦合机制等内容。
全书共分9章，第1、4、5章及结语由李鑫副教授编写；第2、8章由杨桢教授编写；第6、7章由李艳博士编写；第9章由李昊博士编写；第3章由韩磊硕士编写。在本书的编写过程中，感谢辽宁工程技术大学相关专家的大力支持；感谢力学与工程学院赵扬锋教授、赵娜副教授，煤炭科学技术研究院安全分院科研中心实验室副主任孙中学等专家学者对本书的指导和在进行实验研究过程中给予的无私帮助；感谢电气与控制工程学院庄佳钰硕士、宋重霄硕士、苏小平硕士、王雪硕士、左辉硕士、李航硕士、王雪娇硕士等同学对本书初稿资料的整理、汇总与校核。本书的编写参阅了大量的国内外有关复合煤岩多物理场耦合机制理论及相关方面的专业文献，谨此向文献的作者表示感谢。
在复合煤岩受载破裂多物理场能量演化规律研究应用方面，我们虽然取得了大量的成果，但很多内容还有待今后进一步研究和完善。由于作者水平有限，书中不足之处在所难免，敬请读者不吝赐教。
编者
2022年12月
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