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1 地球物理学简介1

1.1 地球科学与地球物理学1

1.2 地球物理场4

1.2.1 地球的演化4

1.2.2 地震5

1.2.3 地磁场15

1.2.4 密度重力场20

1.2.5 温度场24

1.3 采矿地球物理的任务及前景28

1.3.1 矿山压力28

1.3.2 地质探测29

1.3.3 其他探测与评价29

1.3.4 采矿地球物理的前景29

2 煤岩体弹性动力学30

2.1 应力30

2.2 变形34

2.3 应力应变之间的关系35

2.4 动力学方程36

2.5 岩体中的波动方程37

2.6 平面和球面震动波39

2.6.1 平面震动波40

2.6.2 球面震动波41

3 受载煤岩体冲击破坏机理43

3.1 煤矿矿震冲击动力现象43

3.2 冲击矿压的动静载叠加诱冲原理46

3.2.1 动静载叠加诱冲原理46

3.2.2 静载分析47

3.2.3 动载分析47

3.2.4 动静叠加破坏煤体机理48

3.3 受载煤岩体动力破坏机理模型49

3.4 煤岩冲击破坏危险的判别准则53

3.4.1 煤岩体弹塑脆性体模型53

3.4.2 弹脆性场分析57

3.4.3 虎克分支的非线性弹脆性场58

3.4.4 煤岩冲击破坏危险及判别准则62

3.5 煤岩体动力破坏的监测预警技术63

4 矿山开采诱发震动及其机理65

4.1 矿山震动的特点65

4.2 矿山震动对环境的影响66

4.2.1 对井下巷道的影响66

4.2.2 对矿工的影响68

4.2.3 对地表建筑物的影响71

4.3 煤岩体破断运动与矿震74

4.3.1 矿震机理描述74

4.3.2 煤岩介质中的传播方程74

4.4 矿山震动位移场及其矿震类型78

4.4.1 震动位移场分析78

4.4.2 基于震动波场特征的煤岩震动分类83

4.5 矿震震动波频谱特征84

4.5.1 岩层破裂与矿震频率的关系84

4.5.2 震动波频谱分析原理84

4.5.3 震动波频谱分析示例85

4.6 震动波波形图示例93

5 矿震震动波传播衰减规律97

5.1 震动试验测试系统97

5.2 冲击震动波能量的衰减特征97

5.3 震动波传播的衰减规律99

5.3.1 实验室试验99

5.3.2 震动传播的数值模拟100

5.3.3 矿震震动波衰减的现场测试102

5.3.4 爆炸震动波传播特性的原位试验103

5.4 震动波传播速度与应力的关系109

6 矿山开采诱发矿震的活动规律111

6.1 采掘工作面的冲击矿震规律111

6.1.1 冲击矿压及矿震显现分析111

6.1.2 回风巷掘进期间的矿震活动规律115

6.1.3 工作面回采期间的矿震活动规律117

6.1.4 工作面“见方”效应及矿震规律118

6.1.5 残留煤柱的影响119

6.2 覆岩关键层破断及其诱发矿震规律120

6.2.1 关键层板破断的形式120

6.2.2 工作面覆岩关键层结构演化规律122

6.2.3 主关键层破断运动诱发强矿震的微震监测125

6.3 深孔断顶及周期来压与矿震规律127

6.4 回采与掘进相互影响的矿震规律128

6.5 矿震活动性与开采速度的关系130

6.6 矿震活动性与开采作业的关系131

6.7 断层附近微震活动规律135

6.8 工作面过褶曲时微震活动规律136

7 矿震与冲击的监测预警140

7.1 矿山震动的监测140

7.2 矿震震源位置的确定142

7.2.1 纵波首次进入时间法——P法142

7.2.2 纵横波首次进入时间差法——P-S法144

7.2.3 方位角法145

7.2.4 相对定位法147

7.2.5 其他定位方法147

7.3 震动能量的计算148

7.3.1 Gutenberg-Richter法148

7.3.2 能量密度法149

7.3.3 震动持续时间法149

7.3.4 地震图积分法150

7.3.5 离散法150

7.3.6 里氏震级法150

7.4 微震监测台网的优化150

7.4.1 台网布设的重要性150

7.4.2 监测区域和台网候选点确定原则151

7.4.3 台网布设方案的理论求解153

7.4.4 台网布设方案评价154

7.5 冲击矿压的微震前兆规律／信息156

7.5.1 厚煤层综放面冲击矿震前兆规律156

7.5.2 大断层活动诱发冲击矿震前兆信息157

7.5.3 回风石门冲击矿震前兆信息163

7.6 矿震冲击危险预警模型167

7.6.1 扩展模型167

7.6.2 滑移模型168

7.7 冲击矿压的监测预警169

7.7.1 监测预警的分区169

7.7.2 矿震参量的选择169

7.7.3 冲击危险界定及评价条件170

7.7.4 微震趋势判别冲击危险171

7.7.5 冲击危险的矿震监测预警172

8 煤岩变形破裂的声发射189

8.1 声发射的物理基础189

8.2 岩石声发射的特点190

8.2.1 岩石中的声发射源190

8.2.2 岩石声发射信号的波形与频谱190

8.3 岩石变形过程中的声发射191

8.3.1 载荷的增长对岩石声发射的影响191

8.3.2 稳定载荷下声发射频度的变化194

8.3.3 循环载荷下声发射频度的变化195

8.3.4 温度对声发射的影响196

8.4 组合煤岩体变形破裂的声发射效应试验197

8.4.1 组合煤岩样的加工实验系统197

8.4.2 顶板强度对声发射效应的影响规律198

8.4.3 试样的顶板尺寸比例与声发射效应的耦合规律199

8.4.4 试样冲击倾向性与声发射的耦合规律200

8.4.5 试样变形破裂的声发射效应规律201

8.4.6 声发射信号的二阶段特性202

8.5 声发射的观测方法205

8.5.1 固定式连续声发射监测探头的布置205

8.5.2 流动声发射监测探头的布置206

8.6 冲击矿压动力危险的声发射预警206

8.6.1 站式连续监测206

8.6.2 危险性监测的基础206

8.6.3 冲击矿压危险性评价指标的确定208

8.6.4 冲击矿压危险状态的分类208

8.6.5 冲击矿压危险状态的预测209

8.6.6 固定连续声发射监测冲击危险211

8.7 激发声发射法监测预警221

8.8 声发射的其他应用223

9 煤岩变形破裂的声波探测技术224

9.1 声波探测的物理基础224

9.1.1 矿山地质动力问题224

9.1.2 岩体的物理力学参数225

9.1.3 地质构造问题226

9.2 声波探测方法与原理226

9.2.1 巷道中的声波剖面法226

9.2.2 巷道间的声波透视法227

9.2.3 钻孔中的声波剖面法227

9.2.4 钻孔之间的声波透视法228

9.3 煤岩应力异常的声波探测模型229

9.3.1 测量方法选择的原则229

9.3.2 冲击矿压危险预测的标准229

9.3.3 煤层内应力状态的确定230

9.3.4 顶板震动危险的确定230

9.3.5 开采卸压效果的确定231

9.3.6 卸压爆破有效性的确定231

9.3.7 煤层注水效果的确定231

9.3.8 煤岩体冲击倾向性的确定233

9.4 冲击危险的弹性波CT监测预警技术234

9.4.1 理论基础234

9.4.2 弹性波CT技术原理235

9.4.3 震动波CT离散图像基本算法236

9.4.4 弹性波CT的探测应用241

10 煤岩变形破裂的电磁辐射248

10.1 煤岩破坏的电磁辐射现象248

10.1.1 煤样试验248

10.1.2 泥岩和砂岩样试验251

10.1.3 混凝土试样试验253

10.1.4 受载煤体的Kaiser效应254

10.1.5 试验结果分析255

10.2 煤岩变形破裂的电磁辐射机理255

10.2.1 受载煤岩材料的电磁辐射过程255

10.2.2 岩体中带电粒子运动激发的电磁场257

10.2.3 电磁辐射在煤岩介质中的传播258

10.2.4 电磁辐射能量260

11 煤岩力电耦合及动力灾害监测预警261

11.1 煤岩破坏的力电耦合模型261

11.1.1 煤岩变形破裂电磁辐射的产生机理261

11.1.2 煤岩电磁辐射强度与加载应力的耦合关系261

11.1.3 煤岩电磁辐射力电耦合模型263

11.2 煤岩动力灾害的电磁辐射预警准则265

11.2.1 煤岩动力灾害电磁辐射脉冲数预警准则266

11.2.2 煤岩动力灾害电磁辐射强度预警准则267

11.2.3 电磁辐射预警临界值的确定268

11.2.4 煤岩动力灾害电磁辐射预警技术268

11.3 冲击矿压灾害的电磁辐射预警技术269

11.3.1 电磁辐射监测仪器269

11.3.2 电磁辐射监测的现场应用272

12 煤岩变形破裂的红外温度场285

12.1 热红外遥感的物理基础285

12.2 遥感岩石力学287

12.3 煤岩受压的红外热像特征288

12.3.1 单调升温、低温前兆型289

12.3.2 缓慢升温、快速高温前兆型289

12.3.3 先降后升、低温前兆型291

12.3.4 应力转移与煤岩破裂前兆291

12.4 煤岩受压的红外辐射温度特征293

12.4.1 辐射低温前兆型293

12.4.2 辐射高温前兆294

12.4.3 持续辐射高温前兆型295

12.4.4 循环加载过程的辐射温度特征295

12.5 红外前兆的相关比较296

12.5.1 红外前兆与声发射前兆的比较296

12.5.2 红外前兆与电阻率前兆的比较299

12.5.3 各类前兆信息的统计平均比较301

12.6 基于熵和能量守恒原理的热红外辐射机理301

13 煤岩变形破裂的地电变化303

13.1 地电测量的物理基础303

13.1.1 电阻法303

13.1.2 地质雷达法306

13.2 地电测量方法306

13.3 地电测量参数307

13.4 采矿应用实例308

14 开采引起的重力场311

14.1 物体间的引力311

14.2 井下测量重力的递减法311

14.3 多水平重力剖面312

14.4 重力测量方法与观测仪器313

14.5 冲击矿压的重力法监测预警313

14.6 揭露老巷及其充填程度315

14.7 揭露井筒周围岩层条件及变形317

参考文献319