采礦地球物理(07煤巖變形破裂的電磁輻射)課件

1、7煤巖變形破裂的電磁輻射煤巖變形破裂的電磁輻射電磁輻射技術(shù)是一種地球物理方法。電磁輻射技術(shù)是一種地球物理方法。巖石電磁輻射：指巖石受載破裂過程中向外輻巖石電磁輻射：指巖石受載破裂過程中向外輻射電磁能量的過程或現(xiàn)象。射電磁能量的過程或現(xiàn)象。巖石破裂電磁輻射的觀測和研究是從地震工作巖石破裂電磁輻射的觀測和研究是從地震工作者發(fā)現(xiàn)者發(fā)現(xiàn)震前電磁異常震前電磁異常后開始的。后開始的。前蘇聯(lián)和我國較早開展研究，日本和美國等也前蘇聯(lián)和我國較早開展研究，日本和美國等也開展研究工作。開展研究工作。近近2530年內(nèi)巖石破裂電磁輻射效應(yīng)的研究，年內(nèi)巖石破裂電磁輻射效應(yīng)的研究，在理論方面和應(yīng)用研究方面，都取得了飛速發(fā)展

2、，在理論方面和應(yīng)用研究方面，都取得了飛速發(fā)展，特別是在地震方面用于特別是在地震方面用于預(yù)報(bào)地震預(yù)報(bào)地震。研究多限于大理巖、花崗巖和石英巖等研究多限于大理巖、花崗巖和石英巖等堅(jiān)硬堅(jiān)硬巖石巖石，且大多數(shù)研究僅限于定性。，且大多數(shù)研究僅限于定性。從上世紀(jì)從上世紀(jì)90年代開始，中國礦業(yè)大學(xué)對載荷年代開始，中國礦業(yè)大學(xué)對載荷作用下煤體的電磁輻射特性及規(guī)律進(jìn)行了較為深作用下煤體的電磁輻射特性及規(guī)律進(jìn)行了較為深入的定性和定量研究，取得了很多成果。入的定性和定量研究，取得了很多成果。7.1煤巖破壞的電磁輻射現(xiàn)象煤巖破壞的電磁輻射現(xiàn)象煤巖體煤巖體電磁輻射電磁輻射：煤體等：煤體等非均質(zhì)材料非均質(zhì)材料在受載情在受載

3、情況下發(fā)生況下發(fā)生變形及破裂變形及破裂的結(jié)果的結(jié)果,是由是由煤體各部分的煤體各部分的非均非均勻變速變形勻變速變形引起的引起的電荷遷移電荷遷移和裂紋擴(kuò)展過程中形成和裂紋擴(kuò)展過程中形成的的帶電粒子帶電粒子產(chǎn)生變速運(yùn)動(dòng)而形成的。產(chǎn)生變速運(yùn)動(dòng)而形成的。圖圖7-1是某礦原煤的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，共記錄到是某礦原煤的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，共記錄到67個(gè)事個(gè)事件。圖中只給出部分事件的記錄結(jié)果，圖中橫坐標(biāo)件。圖中只給出部分事件的記錄結(jié)果，圖中橫坐標(biāo)為時(shí)間為時(shí)間t/s，縱坐標(biāo)為振幅，縱坐標(biāo)邊上的縱坐標(biāo)為振幅，縱坐標(biāo)邊上的1，216為儀器的通道號為儀器的通道號nch。采樣速率為采樣速率為2MHz。12567891011121316圖圖

4、7-1某礦原煤電磁輻射實(shí)驗(yàn)記錄結(jié)果某礦原煤電磁輻射實(shí)驗(yàn)記錄結(jié)果7.1.1煤樣試驗(yàn)煤樣試驗(yàn)圖圖7-2為為7#煤的典型應(yīng)力煤的典型應(yīng)力時(shí)間、電磁輻射時(shí)間、電磁輻射（EME）脈沖數(shù)脈沖數(shù)時(shí)間、電磁輻射幅值時(shí)間、電磁輻射幅值時(shí)間曲時(shí)間曲線圖。圖線圖。圖7-3為為9#煤的典型應(yīng)力煤的典型應(yīng)力時(shí)間、電磁輻射時(shí)間、電磁輻射（EME）脈沖數(shù)脈沖數(shù)時(shí)間、電磁輻射幅值時(shí)間、電磁輻射幅值時(shí)間曲時(shí)間曲線圖。線圖。煤巖沖擊破壞的EME分布02004006008001000120014001600020406080100120140160時(shí)間/s脈沖數(shù)/次煤樣變形破壞的P-t曲線010203040020406080100

5、120140160時(shí)間/s載荷/KN煤樣變形破壞的EME分布02040608010012014004080120160t/s E /mV圖圖7-27煤的試驗(yàn)結(jié)果煤的試驗(yàn)結(jié)果煤樣變形破壞的P-t曲線010203040020406080100120140160時(shí)間/s載荷/KN煤巖沖擊破壞的EME分布010000200003000040000500006000070000020406080100120140160時(shí)間/s脈沖數(shù)/次煤樣變形破壞的EME分布020406080100120020406080100120140160時(shí)間/sE/mV圖圖7-39煤的試驗(yàn)結(jié)果煤的試驗(yàn)結(jié)果7.1.2泥巖和砂巖樣

6、試驗(yàn)?zāi)鄮r和砂巖樣試驗(yàn)051015202530020406080100120140160180t/s/MPa圖圖7-4為泥巖的典為泥巖的典型應(yīng)力型應(yīng)力時(shí)間、電磁時(shí)間、電磁輻射幅值輻射幅值時(shí)間和聲時(shí)間和聲發(fā)射發(fā)射時(shí)間曲線圖。時(shí)間曲線圖。圖圖7-5為砂巖的典為砂巖的典型應(yīng)力型應(yīng)力時(shí)間、電磁時(shí)間、電磁輻射幅值輻射幅值時(shí)間和聲時(shí)間和聲發(fā)射發(fā)射時(shí)間曲線圖。時(shí)間曲線圖。0501001502000306090120150180t/sE/mV圖圖7-4泥巖巖樣的試驗(yàn)結(jié)果泥巖巖樣的試驗(yàn)結(jié)果0102030405060020406080100120140160180t/s/MPa0204060801001201401

7、600306090120150180t/sE/mV圖圖7-5砂巖巖樣的試驗(yàn)結(jié)果砂巖巖樣的試驗(yàn)結(jié)果7.1.3混凝土試樣試驗(yàn)混凝土試樣試驗(yàn)01020304050020406080100120140160180t/s/MPa圖圖7-6為為混凝土試樣混凝土試樣的 典 型 應(yīng)的 典 型 應(yīng)力力時(shí)間、時(shí)間、電磁輻射幅電磁輻射幅值值時(shí)間曲時(shí)間曲線 和 聲 發(fā)線 和 聲 發(fā)射射時(shí)間關(guān)時(shí)間關(guān)系圖。系圖。050100150200250300350400450060120180240300360t(*0.5)/sE/mV圖圖7-6混凝土試樣的試驗(yàn)結(jié)果混凝土試樣的試驗(yàn)結(jié)果7.1.4受載煤體的受載煤體的Kaiser效應(yīng)

8、效應(yīng)受載煤體電磁輻射具有受載煤體電磁輻射具有Kaiser效應(yīng)見圖效應(yīng)見圖7-7所示。所示。圖圖7-7煤巖電磁輻射與載荷間關(guān)系煤巖電磁輻射與載荷間關(guān)系(a)01 0 02 0 03 0 04 0 0051 01 52 02 53 03 54 04 55 0t/minE/mV( b )00 . 511 . 5051 01 52 02 53 03 54 04 55 0t/min/MPa7.2試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果從上述試驗(yàn)曲線分析，可得出如下結(jié)果：從上述試驗(yàn)曲線分析，可得出如下結(jié)果：不同類型的煤巖體在載荷作用下變形及破不同類型的煤巖體在載荷作用下變形及破裂過程中都有聲發(fā)射和電磁輻射信號產(chǎn)生。裂過程中都有聲

9、發(fā)射和電磁輻射信號產(chǎn)生。在煤在煤體的受載變形破裂過程中，電磁輻射基本上隨著體的受載變形破裂過程中，電磁輻射基本上隨著載荷的增大載荷的增大而增強(qiáng)，隨著而增強(qiáng)，隨著加載及變形速率加載及變形速率的增加的增加而增強(qiáng)。而增強(qiáng)。聲發(fā)射的變化規(guī)律也基本上隨著載荷的聲發(fā)射的變化規(guī)律也基本上隨著載荷的增大而增強(qiáng)，隨著加載及變形速率的增加而增強(qiáng)。增大而增強(qiáng)，隨著加載及變形速率的增加而增強(qiáng)。從煤的變形破壞試驗(yàn)結(jié)果來看，煤試樣在發(fā)從煤的變形破壞試驗(yàn)結(jié)果來看，煤試樣在發(fā)生沖擊性破壞以前，電磁輻射強(qiáng)度一般在某個(gè)值以生沖擊性破壞以前，電磁輻射強(qiáng)度一般在某個(gè)值以下，而在沖擊破壞時(shí)，電磁輻射強(qiáng)度突然增加。下，而在沖擊破壞時(shí)，電

10、磁輻射強(qiáng)度突然增加。從從試驗(yàn)的煤樣看，在發(fā)生沖擊性破壞以前，試驗(yàn)的煤樣看，在發(fā)生沖擊性破壞以前，電磁輻射電磁輻射強(qiáng)度強(qiáng)度一般在一般在60mV左右，而在沖擊破壞時(shí)，電磁輻左右，而在沖擊破壞時(shí)，電磁輻射強(qiáng)度最大達(dá)射強(qiáng)度最大達(dá)130mV。煤巖體電磁輻射的煤巖體電磁輻射的脈沖數(shù)脈沖數(shù)隨著載荷的增大及隨著載荷的增大及變形破裂過程的增強(qiáng)而增大。變形破裂過程的增強(qiáng)而增大。載荷越大，加載速率載荷越大，加載速率越大，煤體變形破裂越強(qiáng)烈，電磁輻射信號越強(qiáng)。越大，煤體變形破裂越強(qiáng)烈，電磁輻射信號越強(qiáng)。受載煤體受載煤體電磁輻射具有電磁輻射具有Kaiser效應(yīng)。效應(yīng)。電磁輻射產(chǎn)生的機(jī)制電磁輻射產(chǎn)生的機(jī)制煤巖體的組成及結(jié)

11、構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，包括許多礦煤巖體的組成及結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，包括許多礦物雜質(zhì)，是典型的物雜質(zhì)，是典型的非均質(zhì)材料非均質(zhì)材料。可以把煤巖體看?？梢园衙簬r體看作是由一些顆粒包裹體作是由一些顆粒包裹體(簡稱單元簡稱單元)粘結(jié)在一起而粘結(jié)在一起而組成的，不僅是顆粒包裹體與界面處膠結(jié)物的強(qiáng)組成的，不僅是顆粒包裹體與界面處膠結(jié)物的強(qiáng)度及變形特性不同，而且顆粒包裹體之間在強(qiáng)度度及變形特性不同，而且顆粒包裹體之間在強(qiáng)度及變形方面也有顯著的差異，因此煤巖體中的及變形方面也有顯著的差異，因此煤巖體中的應(yīng)應(yīng)力及應(yīng)變分布相當(dāng)不均勻力及應(yīng)變分布相當(dāng)不均勻。巖石電荷：巖石電荷：任何巖石中都有自由的任何巖石中都有自由的(電子電子)和

12、和束縛的束縛的(離子離子)電荷電荷，煤體也不例外。，煤體也不例外。電荷運(yùn)移電荷運(yùn)移：當(dāng)煤體發(fā)生不均勻應(yīng)變時(shí)，壓縮：當(dāng)煤體發(fā)生不均勻應(yīng)變時(shí)，壓縮區(qū)域的自由電荷濃度升高，而低應(yīng)力區(qū)或拉伸區(qū)區(qū)域的自由電荷濃度升高，而低應(yīng)力區(qū)或拉伸區(qū)域的自由電荷濃度降低，這必然使自由電荷由高域的自由電荷濃度降低，這必然使自由電荷由高濃度區(qū)向低濃度區(qū)擴(kuò)散、運(yùn)移。濃度區(qū)向低濃度區(qū)擴(kuò)散、運(yùn)移。產(chǎn)生電磁輻射產(chǎn)生電磁輻射：低速擴(kuò)散過程中產(chǎn)生低頻電：低速擴(kuò)散過程中產(chǎn)生低頻電磁輻射，并在試件表面積累表面電荷。磁輻射，并在試件表面積累表面電荷。高應(yīng)變區(qū)高應(yīng)變區(qū)主要位于強(qiáng)度不同的顆粒界面處主要位于強(qiáng)度不同的顆粒界面處強(qiáng)強(qiáng)度較低的單元內(nèi)

13、度較低的單元內(nèi)，煤巖體的破裂主要是沿著顆粒，煤巖體的破裂主要是沿著顆粒之間的界面而進(jìn)行的。之間的界面而進(jìn)行的。自由電荷自由電荷：煤巖體顆粒之間的作用是通過電：煤巖體顆粒之間的作用是通過電場或電荷來完成的。當(dāng)相鄰顆粒之間場或電荷來完成的。當(dāng)相鄰顆粒之間發(fā)生非均勻發(fā)生非均勻形變形變時(shí)，其界面處的時(shí)，其界面處的電平衡電平衡被打破，產(chǎn)生局部激被打破，產(chǎn)生局部激發(fā)，受拉的界面處積累了自由電荷發(fā)，受拉的界面處積累了自由電荷(主要是電子主要是電子)，而受壓的顆粒內(nèi)部積累了相反符號的電荷。而受壓的顆粒內(nèi)部積累了相反符號的電荷。從總體宏觀上來看，在試樣表面積累了電荷，從總體宏觀上來看，在試樣表面積累了電荷，形成

14、了形成了庫侖場庫侖場(或靜電場或靜電場)。1）當(dāng)變形非常緩慢或勻速的情況下，自由電）當(dāng)變形非常緩慢或勻速的情況下，自由電荷來得及消退以適應(yīng)電平衡的變化，因而對外并荷來得及消退以適應(yīng)電平衡的變化，因而對外并不產(chǎn)生電磁不產(chǎn)生電磁(脈沖脈沖)輻射。輻射。2）當(dāng)相鄰顆粒之間發(fā)生非均勻變速形變時(shí)，）當(dāng)相鄰顆粒之間發(fā)生非均勻變速形變時(shí)，這種局部激發(fā)就會對外產(chǎn)生電磁這種局部激發(fā)就會對外產(chǎn)生電磁(脈沖脈沖)輻射，這也輻射，這也主要是低頻電磁輻射主要是低頻電磁輻射。激發(fā)產(chǎn)生電磁輻射激發(fā)產(chǎn)生電磁輻射：在煤巖材料的：在煤巖材料的變形階段變形階段，由于顆粒之間的力學(xué)變形特性不同，必然發(fā)生顆由于顆粒之間的力學(xué)變形特性不

15、同，必然發(fā)生顆粒之間的滑移，其結(jié)果是粒之間的滑移，其結(jié)果是在滑移面發(fā)生強(qiáng)烈的激在滑移面發(fā)生強(qiáng)烈的激發(fā)，甚至在滑移面尖端形成了帶電粒子發(fā)，甚至在滑移面尖端形成了帶電粒子(主要是電主要是電子子)發(fā)射發(fā)射，這種強(qiáng)烈的激發(fā)對外產(chǎn)生電磁輻射，這種強(qiáng)烈的激發(fā)對外產(chǎn)生電磁輻射。電子發(fā)射電子發(fā)射：煤巖體的：煤巖體的裂紋擴(kuò)展裂紋擴(kuò)展時(shí)，處于裂紋時(shí)，處于裂紋尖端表面區(qū)域中的電子在裂隙尖端區(qū)域中大量電尖端表面區(qū)域中的電子在裂隙尖端區(qū)域中大量電子形成的子形成的電場電場的作用下，向裂紋內(nèi)部的自由空間的作用下，向裂紋內(nèi)部的自由空間區(qū)域發(fā)射，形成區(qū)域發(fā)射，形成電子發(fā)射電子發(fā)射。粒子發(fā)射粒子發(fā)射：同時(shí)，也可能產(chǎn)生帶負(fù)電的碎屑

16、同時(shí)，也可能產(chǎn)生帶負(fù)電的碎屑粒子發(fā)射。粒子發(fā)射。當(dāng)發(fā)生剪切摩擦?xí)r，同樣的道理，也當(dāng)發(fā)生剪切摩擦?xí)r，同樣的道理，也會形成帶正電的粒子發(fā)射。會形成帶正電的粒子發(fā)射。裂紋擴(kuò)展時(shí)，在裂紋表面受拉的區(qū)域出現(xiàn)裂紋擴(kuò)展時(shí)，在裂紋表面受拉的區(qū)域出現(xiàn)表表面電荷面電荷，極性為負(fù)的，在裂紋表面受壓的區(qū)域出，極性為負(fù)的，在裂紋表面受壓的區(qū)域出現(xiàn)正電荷?，F(xiàn)正電荷。裂紋擴(kuò)展時(shí)，在裂紋尖端形成了運(yùn)動(dòng)的裂紋擴(kuò)展時(shí)，在裂紋尖端形成了運(yùn)動(dòng)的偶極偶極子群。子群。在裂紋尖端的煤體本相處受拉區(qū)域仍表現(xiàn)在裂紋尖端的煤體本相處受拉區(qū)域仍表現(xiàn)為負(fù)電荷，這就是產(chǎn)生為負(fù)電荷，這就是產(chǎn)生電子加速電場電子加速電場的原因，而的原因，而周圍的壓應(yīng)力區(qū)帶

17、正電。周圍的壓應(yīng)力區(qū)帶正電。發(fā)射出來的這些低速運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場的發(fā)射出來的這些低速運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場的作用下加速，當(dāng)帶電粒子碰撞到周圍環(huán)境介質(zhì)的作用下加速，當(dāng)帶電粒子碰撞到周圍環(huán)境介質(zhì)的分子或原子，或碰撞到周圍的煤巖體裂隙表面時(shí)分子或原子，或碰撞到周圍的煤巖體裂隙表面時(shí)會會減速減速，在其變速運(yùn)動(dòng)過程中會，在其變速運(yùn)動(dòng)過程中會產(chǎn)生電磁輻射產(chǎn)生電磁輻射。后者形成的電磁輻射也叫韌致輻射。由于可能形后者形成的電磁輻射也叫韌致輻射。由于可能形成了大量的帶電粒子，因此成了大量的帶電粒子，因此會產(chǎn)生從低頻電磁輻會產(chǎn)生從低頻電磁輻射到射到x光的寬頻帶電磁輻射。光的寬頻帶電磁輻射。從上述分析可以得出，從上述分

18、析可以得出，煤巖體產(chǎn)生電磁輻射，煤巖體產(chǎn)生電磁輻射，源于煤巖體的非均質(zhì)性，是由應(yīng)力作用下煤巖體中源于煤巖體的非均質(zhì)性，是由應(yīng)力作用下煤巖體中產(chǎn)生產(chǎn)生非均勻變速形變非均勻變速形變而引起的。受載煤巖體中發(fā)生而引起的。受載煤巖體中發(fā)生以下電荷以下電荷(或帶電粒子或帶電粒子)運(yùn)動(dòng)過程：運(yùn)動(dòng)過程：（1）煤巖材料變形及破裂時(shí)能夠產(chǎn)生電磁場，）煤巖材料變形及破裂時(shí)能夠產(chǎn)生電磁場，有兩種形式有兩種形式：一種是由電荷，特別是試樣表面積累：一種是由電荷，特別是試樣表面積累電荷引起的電荷引起的庫侖場庫侖場(或準(zhǔn)靜電場或準(zhǔn)靜電場)；另一種是由帶電；另一種是由帶電粒子作變速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的粒子作變速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電磁輻射電磁輻射

19、，是一種，是一種脈沖波脈沖波。（2）在）在非均勻應(yīng)力作用下非均質(zhì)煤巖體各部非均勻應(yīng)力作用下非均質(zhì)煤巖體各部分產(chǎn)生非均勻形變，由此引起電荷遷移分產(chǎn)生非均勻形變，由此引起電荷遷移，使原來，使原來自由的和逃逸出來的電子由高應(yīng)力區(qū)向低應(yīng)力區(qū)自由的和逃逸出來的電子由高應(yīng)力區(qū)向低應(yīng)力區(qū)或拉應(yīng)力區(qū)遷移，同時(shí)在試樣表面也積累了大量或拉應(yīng)力區(qū)遷移，同時(shí)在試樣表面也積累了大量的電荷。由此形成了庫侖場的電荷。由此形成了庫侖場(或準(zhǔn)靜電場或準(zhǔn)靜電場)，或，或低低頻電磁輻射頻電磁輻射。（3）裂紋形成及擴(kuò)展前，裂紋尖端積累了大裂紋形成及擴(kuò)展前，裂紋尖端積累了大量的自由電荷量的自由電荷(電子電子)。裂紋擴(kuò)展時(shí)，發(fā)射電子，裂

20、紋擴(kuò)展時(shí)，發(fā)射電子，由于裂紋不是勻速擴(kuò)展，這必然向外輻射電磁波，由于裂紋不是勻速擴(kuò)展，這必然向外輻射電磁波，這種電磁輻射與聲發(fā)射是同步的。這種電磁輻射與聲發(fā)射是同步的。（4）裂紋擴(kuò)展后，裂紋局域煤體卸載收縮，裂紋擴(kuò)展后，裂紋局域煤體卸載收縮，在卸載瞬間裂紋尖端兩側(cè)附近區(qū)域煤體中在卸載瞬間裂紋尖端兩側(cè)附近區(qū)域煤體中電子濃電子濃度較高，形成庫侖場。度較高，形成庫侖場。在該電場作用下，發(fā)射出在該電場作用下，發(fā)射出的電子的電子產(chǎn)生加速運(yùn)動(dòng)，向外輻射電磁波。產(chǎn)生加速運(yùn)動(dòng)，向外輻射電磁波。（5）出于）出于摩擦等原因產(chǎn)生電磁輻射摩擦等原因產(chǎn)生電磁輻射，也可，也可能產(chǎn)生帶正能產(chǎn)生帶正(或負(fù)或負(fù))電粒子；裂紋表

21、面電荷也會發(fā)電粒子；裂紋表面電荷也會發(fā)生張馳。生張馳。（6）運(yùn)動(dòng)的電荷碰撞周圍介質(zhì)分子或原子運(yùn)動(dòng)的電荷碰撞周圍介質(zhì)分子或原子，使運(yùn)動(dòng)電荷減速，同時(shí)能使介質(zhì)分子或原子發(fā)生使運(yùn)動(dòng)電荷減速，同時(shí)能使介質(zhì)分子或原子發(fā)生電離，發(fā)射電磁波。電離，發(fā)射電磁波。7.3煤巖變形破裂的電磁輻射機(jī)理煤巖變形破裂的電磁輻射機(jī)理7.3.1煤巖體中帶電粒子運(yùn)動(dòng)激發(fā)的電磁場煤巖體中帶電粒子運(yùn)動(dòng)激發(fā)的電磁場麥克斯韋麥克斯韋電場電場環(huán)路定理為：環(huán)路定理為：式中：式中：E為電場矢量；為電場矢量；B為磁感矢量；為磁感矢量；S為以閉合回為以閉合回路路L為邊界的曲面面積。為邊界的曲面面積。LSddt BELS麥克斯韋麥克斯韋磁場磁場環(huán)

22、路定理為：環(huán)路定理為：式中：式中：JD為位移電流；為位移電流；D為電感矢量；為電感矢量；H為磁場強(qiáng)度；為磁場強(qiáng)度；Jf為傳導(dǎo)電流矢量。為傳導(dǎo)電流矢量。fDLdHLJJDdtSJDS由麥克斯韋電場環(huán)路定理式（由麥克斯韋電場環(huán)路定理式（7-1）可知，只）可知，只要要磁感矢量磁感矢量隨時(shí)間的變化率不為零，即隨時(shí)間的變化率不為零，即，那，那么在磁場變化的區(qū)域中就存在么在磁場變化的區(qū)域中就存在渦旋電場渦旋電場。另一方面，由麥克斯韋磁場環(huán)路定理（另一方面，由麥克斯韋磁場環(huán)路定理（7-2）可知，只要可知，只要電感矢量電感矢量隨時(shí)間的變化率不為零，隨時(shí)間的變化率不為零，即即，那么在電場發(fā)生變化的區(qū)域中，即使不

23、，那么在電場發(fā)生變化的區(qū)域中，即使不存在傳導(dǎo)電流也必然存在存在傳導(dǎo)電流也必然存在磁場磁場。0Bt0Dt因此，若在空間某一區(qū)域中存在著因此，若在空間某一區(qū)域中存在著變化電場變化電場，則在該區(qū)域的附近將建立起則在該區(qū)域的附近將建立起變化磁場變化磁場；而這個(gè)變；而這個(gè)變化磁場又將在它的鄰近建立起化磁場又將在它的鄰近建立起變化電場變化電場。這種變化電場和變化磁場交替地產(chǎn)生，并且這種變化電場和變化磁場交替地產(chǎn)生，并且由近及遠(yuǎn)地傳播開來，就形成了由近及遠(yuǎn)地傳播開來，就形成了電磁波電磁波。從微觀上來說，電磁輻射是由從微觀上來說，電磁輻射是由電荷運(yùn)動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)而產(chǎn)生的。生的。假設(shè)在外力作用下，煤巖體中假設(shè)在

24、外力作用下，煤巖體中帶電粒子帶電粒子沿某一沿某一特定軌道特定軌道運(yùn)動(dòng)，則煤巖體中任意運(yùn)動(dòng)帶電粒子運(yùn)動(dòng)，則煤巖體中任意運(yùn)動(dòng)帶電粒子激發(fā)激發(fā)的電場和磁場為：的電場和磁場為：222123/222223222()(1)4(1)(1)()nnen ecncc rnnrccvnnvrEEEv nv r4c式中：式中：n為煤巖體介質(zhì)的折射率，為煤巖體介質(zhì)的折射率，c為真空中電磁為真空中電磁波傳播速度，即光速。波傳播速度，即光速。e為粒子的電荷，為粒子的電荷，為介質(zhì)為介質(zhì)的絕對介電常數(shù)，的絕對介電常數(shù)，v為粒子的速度，為粒子的速度，為粒子的加為粒子的加速度，速度，r為粒子與觀察點(diǎn)之間的距離，為粒子與觀察點(diǎn)之間

25、的距離，n為為r方向的方向的單位矢量。單位矢量。212222233/2232232222()(1)4(1)(1)()nnccnnenencncc rnncrcc12vBBBEnEvvnv rv nv r4cv 可見：可見：1、煤巖體中任意帶電粒子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的、煤巖體中任意帶電粒子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電磁場電磁場包括兩部分：包括兩部分：第一部分是運(yùn)動(dòng)電荷的第一部分是運(yùn)動(dòng)電荷的庫侖場庫侖場E1和與之相關(guān)的和與之相關(guān)的磁場磁場B1；第二部分為第二部分為輻射場輻射場，與加速度成正比。，與加速度成正比。輻射場是輻射場是橫向場橫向場，即，即E2和和B2都與都與n垂直，并且垂直，并且E2和和B2互相垂直。此外，輻射場與

26、距離互相垂直。此外，輻射場與距離r成反比。成反比。2、煤巖體變形及破裂過程中產(chǎn)生的電磁輻射煤巖體變形及破裂過程中產(chǎn)生的電磁輻射與帶電粒子的與帶電粒子的電量電量及其運(yùn)動(dòng)及其運(yùn)動(dòng)加速度加速度成正比。成正比。1）帶電粒子數(shù)）帶電粒子數(shù)越多，電磁輻射的強(qiáng)度越高。越多，電磁輻射的強(qiáng)度越高。2）加載速率）加載速率越高，變形及破裂過程越強(qiáng)烈，越高，變形及破裂過程越強(qiáng)烈，（1）單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的）單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的帶電粒子數(shù)帶電粒子數(shù)就越多，就越多，（2）運(yùn)動(dòng)）運(yùn)動(dòng)加速度加速度也越高，也越高，煤巖變形及破裂時(shí)電磁輻射的強(qiáng)度越高，煤巖變形及破裂時(shí)電磁輻射的強(qiáng)度越高，頻率范圍也越寬。頻率范圍也越寬。7.3.2電磁輻射

27、在煤巖介質(zhì)中的傳播電磁輻射在煤巖介質(zhì)中的傳播煤巖介質(zhì)中電磁場是以煤巖介質(zhì)中電磁場是以波波的形式存在的。電磁的形式存在的。電磁波在煤巖介質(zhì)中傳播時(shí)，隨著傳播距離的增加，電波在煤巖介質(zhì)中傳播時(shí)，隨著傳播距離的增加，電磁場幅值會發(fā)生磁場幅值會發(fā)生衰減衰減。電磁波在煤巖體中傳播時(shí)，電磁波在煤巖體中傳播時(shí)，其電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度分別為：其電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度分別為：式中：式中：()0()0bRit aRbRit aReeeeEEHH2222()2()2ab電磁波衰減電磁波衰減：電磁波在煤巖體介質(zhì)中傳播，介：電磁波在煤巖體介質(zhì)中傳播，介質(zhì)中帶電質(zhì)中帶電質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)在電磁場作用下產(chǎn)生在電磁場作用下產(chǎn)生往復(fù)振動(dòng)往復(fù)振

28、動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)間的間的相互碰撞相互碰撞作用使電磁場能量變?yōu)樽饔檬闺姶艌瞿芰孔優(yōu)橄男詿崮芟男詿崮?。對電磁場能量的吸收，造成電磁場?qiáng)度隨傳播距離對電磁場能量的吸收，造成電磁場強(qiáng)度隨傳播距離的增加而減小，因此的增加而減小，因此衰減系數(shù)又稱為吸收系數(shù)。衰減系數(shù)又稱為吸收系數(shù)。式中：式中：E為電場強(qiáng)度，為電場強(qiáng)度，H為磁場強(qiáng)度，為磁場強(qiáng)度，b為電磁波衰為電磁波衰減系數(shù)，減系數(shù)，a為相位常數(shù)，為相位常數(shù)，為介質(zhì)的磁導(dǎo)率，為介質(zhì)的磁導(dǎo)率，為介為介質(zhì)的電導(dǎo)率，質(zhì)的電導(dǎo)率，為電磁波的頻率。為電磁波的頻率。電磁輻射在煤巖介質(zhì)中的傳播速度即相速為：電磁輻射在煤巖介質(zhì)中的傳播速度即相速為：式中：式中：為光速；為光

29、速；r為煤巖介質(zhì)的相對介電常數(shù)。為煤巖介質(zhì)的相對介電常數(shù)。22221011/()/()22rrvca0001/1/c 可見：可見：電磁輻射在煤巖體介質(zhì)中的傳播速度與電磁輻射在煤巖體介質(zhì)中的傳播速度與介質(zhì)的介電常數(shù)、電導(dǎo)率介質(zhì)的介電常數(shù)、電導(dǎo)率(或電阻率或電阻率)和電磁輻射頻率和電磁輻射頻率有關(guān)。有關(guān)。介質(zhì)的介電常數(shù)越大，電磁輻射傳播速度越慢；介質(zhì)的介電常數(shù)越大，電磁輻射傳播速度越慢；介質(zhì)的導(dǎo)電率越低介質(zhì)的導(dǎo)電率越低(或電阻率越高或電阻率越高)，傳播速度越快；，傳播速度越快；電磁輻射信號的頻率越高，電磁輻射傳播的速度越電磁輻射信號的頻率越高，電磁輻射傳播的速度越大。大。在在導(dǎo)電介質(zhì)導(dǎo)電介質(zhì)中電磁

30、波傳播速度比在中電磁波傳播速度比在理想均勻絕理想均勻絕緣介質(zhì)緣介質(zhì)中的要小。中的要小。如果定義煤巖體中電磁波的振幅減小如果定義煤巖體中電磁波的振幅減小e（自然自然對數(shù)的底）倍的距離為對數(shù)的底）倍的距離為有效傳播距離有效傳播距離L，則有：則有：L也稱為也稱為趨膚深度趨膚深度（或穿透深度）。（或穿透深度）。煤巖介質(zhì)煤巖介質(zhì)電阻率電阻率越高，電磁輻射傳播的距離越高，電磁輻射傳播的距離越大；電磁輻射的越大；電磁輻射的頻率頻率越高，傳播的距離越短。越高，傳播的距離越短。2222211/()211/1 ()2Lb介質(zhì)的絕對介電常數(shù)介質(zhì)的絕對介電常數(shù)=r0，真空中的介電常真空中的介電常數(shù)數(shù)08.8510-1

31、2F/m。大多數(shù)造巖礦物的相對介電常數(shù)大多數(shù)造巖礦物的相對介電常數(shù)r很小，且變很小，且變化范圍不大，幾乎全部非金屬礦物的化范圍不大，幾乎全部非金屬礦物的r值均在值均在413之間變化。之間變化。關(guān)于巖石、礦石的關(guān)于巖石、礦石的相對導(dǎo)磁率相對導(dǎo)磁率，除極少數(shù)鐵磁，除極少數(shù)鐵磁性礦物外，基本上等于性礦物外，基本上等于1。認(rèn)為是不隨頻率而變化的。認(rèn)為是不隨頻率而變化的定值，即定值，即=0=410-7H/m。根據(jù)煤巖體材料的電磁常數(shù)根據(jù)煤巖體材料的電磁常數(shù)、(或電阻率或電阻率)就可確定有效距離就可確定有效距離L與電磁波頻率間的關(guān)系。與電磁波頻率間的關(guān)系。對于現(xiàn)場煤巖體來說，當(dāng)電磁場頻率低于對于現(xiàn)場煤巖體

32、來說，當(dāng)電磁場頻率低于lMHz時(shí)，時(shí)，/1。如果用頻率如果用頻率f和電阻率和電阻率來表示，來表示，則通過簡化可得則通過簡化可得f和和的關(guān)系為：的關(guān)系為：煤體的電阻率煤體的電阻率一般在一般在102103m之間變化。之間變化。當(dāng)選擇接收頻率上限為當(dāng)選擇接收頻率上限為500KHz時(shí)，則預(yù)測范圍時(shí)，則預(yù)測范圍(或或趨膚深度趨膚深度)為為7.1222.5m。2LffL實(shí)際監(jiān)測距離遠(yuǎn)小于電磁輻射的波長，因此實(shí)際監(jiān)測距離遠(yuǎn)小于電磁輻射的波長，因此屬于屬于近區(qū)監(jiān)測近區(qū)監(jiān)測。不論近區(qū)或遠(yuǎn)區(qū)，都同時(shí)有不論近區(qū)或遠(yuǎn)區(qū)，都同時(shí)有感應(yīng)場和輻射場感應(yīng)場和輻射場存在；存在；兩者比較，近區(qū)感應(yīng)場很強(qiáng)，輻射場可忽略；兩者比較，

33、近區(qū)感應(yīng)場很強(qiáng)，輻射場可忽略；遠(yuǎn)區(qū)輻射場較強(qiáng)，感應(yīng)場可忽略，遠(yuǎn)區(qū)輻射場較強(qiáng)，感應(yīng)場可忽略，因而近區(qū)主要因而近區(qū)主要表現(xiàn)出感應(yīng)場的性質(zhì)，遠(yuǎn)區(qū)主要表現(xiàn)出輻射場的表現(xiàn)出感應(yīng)場的性質(zhì)，遠(yuǎn)區(qū)主要表現(xiàn)出輻射場的性質(zhì)。性質(zhì)。7.4電磁輻射能量計(jì)算電磁輻射能量計(jì)算煤巖體受載，破裂時(shí)向外煤巖體受載，破裂時(shí)向外釋放電磁波釋放電磁波，這也，這也反映了煤巖受載破壞釋放的能量。反映了煤巖受載破壞釋放的能量。電磁輻射儀電磁輻射儀可以測到煤巖體釋放可以測到煤巖體釋放電磁輻射的電磁輻射的強(qiáng)強(qiáng)弱弱，以電壓形式反映，以電壓形式反映。對電磁輻射儀來說，其能量分析是針對其輸對電磁輻射儀來說，其能量分析是針對其輸出信號進(jìn)行的，瞬態(tài)信號

34、的能量可定義為：出信號進(jìn)行的，瞬態(tài)信號的能量可定義為：式中：式中：V（t）為隨時(shí)間變化的電壓，為隨時(shí)間變化的電壓，R為電壓測量為電壓測量電信的輸入阻抗，取離散形式電信的輸入阻抗，取離散形式式中：式中：Vi為取樣點(diǎn)的電壓，為取樣點(diǎn)的電壓，t為取樣點(diǎn)的時(shí)間間為取樣點(diǎn)的時(shí)間間隔，隔，m為樣點(diǎn)數(shù)。為樣點(diǎn)數(shù)。201( )WVt dtR20mittWVR7.5現(xiàn)場測試結(jié)果現(xiàn)場測試結(jié)果以某礦沖擊礦壓動(dòng)力災(zāi)害危險(xiǎn)最大的以某礦沖擊礦壓動(dòng)力災(zāi)害危險(xiǎn)最大的7204工作工作面為基礎(chǔ)，兼顧面為基礎(chǔ)，兼顧9112工作面；對另一煤礦工作面；對另一煤礦2408沖擊沖擊礦壓工作面的電磁輻射進(jìn)行了測定。礦壓工作面的電磁輻射進(jìn)行了

35、測定。1）正常開采）正常開采在沒有沖擊危險(xiǎn)、工作面和巷道處于在沒有沖擊危險(xiǎn)、工作面和巷道處于正常情況正常情況下的觀測結(jié)果見圖下的觀測結(jié)果見圖7-8、7-9所示。所示。從圖中可以看出，正常情況下，電磁輻射的從圖中可以看出，正常情況下，電磁輻射的幅幅值都比較小，脈沖數(shù)也較少，變化小值都比較小，脈沖數(shù)也較少，變化小。Fshj2a03010203040506017131925313743495561677379859197Time/秒E/mVFshj2f030500100015002000250030003500400017131925313743495561677379859197Time /秒脈沖

36、數(shù)/次圖圖7-89112工作面風(fēng)巷觀測結(jié)果之一工作面風(fēng)巷觀測結(jié)果之一Fshj2a0402040608010012014017131925313743495561677379859197Time/秒E/mVFshj2f0402000400060008000100001200017131925313743495561677379859197Time /秒脈沖數(shù)/次圖圖7-99112工作面風(fēng)巷觀測結(jié)果之二工作面風(fēng)巷觀測結(jié)果之二2）煤體內(nèi)的電磁輻射）煤體內(nèi)的電磁輻射工作面前方工作面前方煤體內(nèi)的電磁輻射，整體上呈現(xiàn)一煤體內(nèi)的電磁輻射，整體上呈現(xiàn)一個(gè)與應(yīng)力變化相類似的曲線（見圖個(gè)與應(yīng)力變化相類似的曲線（見

37、圖7-10所示）。所示）。05010001234567L/mE/mV圖圖7-10煤體內(nèi)的電磁輻射變化規(guī)律煤體內(nèi)的電磁輻射變化規(guī)律3）工作面及周圍巷道區(qū)域電磁輻射分布工作面及周圍巷道區(qū)域電磁輻射分布在在工作面工作面不同區(qū)域，觀測到電磁輻射值不同。不同區(qū)域，觀測到電磁輻射值不同。（1）壓力大壓力大的區(qū)域，電磁輻射值就高；的區(qū)域，電磁輻射值就高；（2）沖擊礦壓危險(xiǎn)性高沖擊礦壓危險(xiǎn)性高的區(qū)域，電磁輻射值高。的區(qū)域，電磁輻射值高。圖圖7-11是華豐煤礦是華豐煤礦2408工作面觀測的電磁輻射值。工作面觀測的電磁輻射值。下平巷的沖擊礦壓危險(xiǎn)性比上平巷的高。觀測的電磁下平巷的沖擊礦壓危險(xiǎn)性比上平巷的高。觀測的

38、電磁輻射值也是如此輻射值也是如此。圖圖7-11a華豐煤礦華豐煤礦2408工作面及電磁輻射測點(diǎn)布置圖工作面及電磁輻射測點(diǎn)布置圖11 9 8 7 5 3 2 118 19 20 21 22 2410 6 417 16 15 14 13上平巷下平巷2408工作面華豐煤礦2408工作面采深：880 m煤厚：6-7 m采高： 2 m開采第一分層23圖圖7-11b華豐煤礦華豐煤礦2408工作面及其周圍巷道內(nèi)的電磁輻射值工作面及其周圍巷道內(nèi)的電磁輻射值050100150200250地點(diǎn)幅值/(*0.25)mV1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

39、 21 22 23 24（圖中，上面一條曲線為最大值，下面一條曲線為平均值）（圖中，上面一條曲線為最大值，下面一條曲線為平均值）4）壓力高峰區(qū)的電磁輻射壓力高峰區(qū)的電磁輻射在在工作面前方工作面前方煤壁內(nèi)的煤壁內(nèi)的壓力高峰區(qū)壓力高峰區(qū)，測定的，測定的電磁輻射值強(qiáng)度高電磁輻射值強(qiáng)度高，脈沖數(shù)變化大脈沖數(shù)變化大。說明煤層內(nèi)的。說明煤層內(nèi)的應(yīng)力高應(yīng)力高，而且煤層處于，而且煤層處于不斷變形和破壞不斷變形和破壞之中。之中。圖圖7-12為為9112工作面在距工作面在距材料道材料道15m處工作面處工作面煤壁內(nèi)測定的電磁輻射強(qiáng)度和脈沖數(shù)在煤壁內(nèi)測定的電磁輻射強(qiáng)度和脈沖數(shù)在2min內(nèi)的內(nèi)的變化規(guī)律?？梢姡簩又械?/p>

40、應(yīng)力處于變化規(guī)律。可見，煤層中的應(yīng)力處于不斷變化不斷變化之中。之中。02 04 06 08 01 0 01 2 01 4 0171 31 92 53 13 74 34 95 56 16 77 37 98 59 19 71 0 31 0 91 1 5時(shí) 間 /sE/mV0500010000150002000025000300003500040000191725334149576573818997105 113時(shí) 間 /s脈沖數(shù)/次a) 幅值幅值b)脈沖數(shù)脈沖數(shù)圖圖7-12距材料道距材料道15m處工作面煤壁內(nèi)的電磁輻射值處工作面煤壁內(nèi)的電磁輻射值5）支承壓力區(qū)的電磁輻射）支承壓力區(qū)的電磁輻射在工作

41、面前方在工作面前方支承壓力支承壓力高峰區(qū)高峰區(qū)，測定的電磁，測定的電磁輻射值輻射值強(qiáng)度高強(qiáng)度高，脈沖數(shù)變化大脈沖數(shù)變化大。同樣說明了煤層。同樣說明了煤層內(nèi)的內(nèi)的應(yīng)力高應(yīng)力高，且煤層處于不斷，且煤層處于不斷變形和破壞之中變形和破壞之中。圖圖7-13為為9112工作面前方工作面前方30m處處材料道內(nèi)材料道內(nèi)測定測定電磁輻射的結(jié)果。電磁輻射的結(jié)果。020406080100120140160191 72 53 34 14 95 76 57 38 18 99 71 0 51 1 3時(shí) 間 / sE/mV05 0 0 01 0 0 0 01 5 0 0 02 0 0 0 02 5 0 0 03 0 0 0

42、 03 5 0 0 04 0 0 0 04 5 0 0 0191 72 53 34 14 95 76 57 38 18 99 71 0 51 1 3時(shí) 間 /s脈沖數(shù)b)脈沖數(shù)脈沖數(shù)圖圖7-13工作面前方工作面前方30m處材料道內(nèi)測定的電磁輻射值處材料道內(nèi)測定的電磁輻射值a)幅值幅值6）頂板運(yùn)動(dòng)規(guī)律與電磁輻射）頂板運(yùn)動(dòng)規(guī)律與電磁輻射 電磁輻射變化規(guī)律與頂板運(yùn)動(dòng)規(guī)律吻合。在采電磁輻射變化規(guī)律與頂板運(yùn)動(dòng)規(guī)律吻合。在采面推進(jìn)面推進(jìn)42m、52m和和62m，工作面周期來壓期間，工作面周期來壓期間，電磁輻射值呈現(xiàn)與周期來壓一致的電磁輻射值呈現(xiàn)與周期來壓一致的周期性變化周期性變化。圖圖7-14為工作面推進(jìn)

43、過程中，距采面為工作面推進(jìn)過程中，距采面5060m風(fēng)風(fēng)巷范圍內(nèi)電磁輻射幅值的變化規(guī)律。與工作面周期巷范圍內(nèi)電磁輻射幅值的變化規(guī)律。與工作面周期來壓規(guī)律一致。來壓規(guī)律一致。另外，順槽中在另外，順槽中在老頂斷裂的位置老頂斷裂的位置，觀測到的電，觀測到的電磁輻射值也較強(qiáng)，如圖磁輻射值也較強(qiáng)，如圖7-15。0102030405060708040 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70采面的推進(jìn)距離(m)E/mV圖圖7-14距采面距采面5060m風(fēng)巷內(nèi)電磁輻射風(fēng)巷內(nèi)電磁輻射01020304050607080020406080100距采面的距離(m)E/m

44、V圖圖7-15順槽中老頂斷裂處電磁輻射順槽中老頂斷裂處電磁輻射7）頂板斷裂破壞的電磁輻射）頂板斷裂破壞的電磁輻射 工作面煤層頂板的斷裂破壞，觀測到電磁輻工作面煤層頂板的斷裂破壞，觀測到電磁輻射幅值的劇烈變化，反映了頂板內(nèi)聚集的彈性能射幅值的劇烈變化，反映了頂板內(nèi)聚集的彈性能的釋放過程。的釋放過程。圖圖7-16為為7204工作面工作面在推進(jìn)在推進(jìn)57m，頂板斷裂破頂板斷裂破壞至壞至中部中部時(shí)觀測的電磁輻射變化。時(shí)觀測的電磁輻射變化。工作面12月27日中班電磁輻射幅值020406080100120140距材料道的距離/m幅值/mV1020304050607080圖圖7-16工作面中部頂板斷裂破壞工

45、作面中部頂板斷裂破壞工 作 面 12月 28日 中 班 電 磁 輻 射 幅 值020406080100120140距 材 料 道 的 距 離 /m幅值/mV1020304050607080圖圖7-17頂板斷裂到中上部頂板斷裂到中上部圖圖7-17為為7204工作面工作面頂板斷裂破壞至頂板斷裂破壞至中上部中上部時(shí)時(shí)觀測的電磁輻射變化。觀測的電磁輻射變化。工 作 面 12月 29日 夜 班 電 磁 輻 射 幅 值020406080100120140距 材 料 道 的 距 離 /m幅值/mV1020304050607080圖圖7-18工作面中下部頂板垮落后工作面中下部頂板垮落后2小時(shí)的電磁輻射小時(shí)的電

46、磁輻射下圖為工作面下圖為工作面中下部中下部頂板頂板垮落后垮落后2小時(shí)的電磁輻小時(shí)的電磁輻射變化規(guī)律。射變化規(guī)律。電磁輻射值非常低電磁輻射值非常低，反映了工作面中，反映了工作面中下部頂板已經(jīng)斷裂，頂板內(nèi)的彈性能已完全釋放。下部頂板已經(jīng)斷裂，頂板內(nèi)的彈性能已完全釋放。在工作面沒有進(jìn)行采煤放炮的區(qū)段、頂在工作面沒有進(jìn)行采煤放炮的區(qū)段、頂板沒有垮落的區(qū)段，電磁輻射值非常高，板沒有垮落的區(qū)段，電磁輻射值非常高，而且其幅值變化較大。而且其幅值變化較大。進(jìn)行了采煤放炮，頂板也已垮落的區(qū)域，進(jìn)行了采煤放炮，頂板也已垮落的區(qū)域，則電磁輻射幅值很低，兩者相差近則電磁輻射幅值很低，兩者相差近4倍倍。工作面11月25

47、日夜班電磁輻射幅值020406080100120140距材料道的距離/m幅值/mV102030405060圖圖7-197204工作面工作面11月月25日夜班各觀測點(diǎn)的電磁輻射值日夜班各觀測點(diǎn)的電磁輻射值下圖為下圖為7204工作面各觀測點(diǎn)的電磁輻射值，高峰工作面各觀測點(diǎn)的電磁輻射值，高峰處為工作面未進(jìn)行落煤放炮的區(qū)域。處為工作面未進(jìn)行落煤放炮的區(qū)域。8）沖擊危險(xiǎn)區(qū)域的電磁輻射沖擊危險(xiǎn)區(qū)域的電磁輻射沖擊危險(xiǎn)性高和壓力大的區(qū)域，觀測到的沖擊危險(xiǎn)性高和壓力大的區(qū)域，觀測到的電磁輻射值很高。而且在沖擊礦壓危險(xiǎn)性高的區(qū)電磁輻射值很高。而且在沖擊礦壓危險(xiǎn)性高的區(qū)域，電磁輻射的域，電磁輻射的幅值變化不大幅值變

48、化不大，但，但整體水平高整體水平高。例如，例如，11月月19日中班，日中班，7204工作面自工作面自材料道材料道向下向下60m范圍內(nèi)的電磁輻射幅值高，表明兩材料范圍內(nèi)的電磁輻射幅值高，表明兩材料道間的道間的煤柱壓力大煤柱壓力大，沖擊礦壓危險(xiǎn)性高沖擊礦壓危險(xiǎn)性高(見圖見圖7-20)。工作面11月19日早班電磁輻射幅值020406080100120140距材料道的距離/m幅值/mV102030405060圖圖7-2011月月19日工作面電磁輻射值變化規(guī)律日工作面電磁輻射值變化規(guī)律9）板炮與電磁輻射）板炮與電磁輻射7204高沖擊礦壓危險(xiǎn)工作面，煤層內(nèi)高沖擊礦壓危險(xiǎn)工作面，煤層內(nèi)板炮頻繁板炮頻繁。采用

49、電磁輻射法觀測中記錄了大量板炮形成的電磁采用電磁輻射法觀測中記錄了大量板炮形成的電磁輻射。輻射。如果在如果在兩分鐘兩分鐘的測量記錄中，出現(xiàn)的測量記錄中，出現(xiàn)一兩一兩個(gè)突然個(gè)突然增高的幅值，而其余的幅值比較平緩，工作面又沒增高的幅值，而其余的幅值比較平緩，工作面又沒有其它影響，說明煤層內(nèi)發(fā)生了釋放能量的板炮。有其它影響，說明煤層內(nèi)發(fā)生了釋放能量的板炮。圖圖7-22為通過電磁輻射儀觀測，記錄的工作為通過電磁輻射儀觀測，記錄的工作面面煤層內(nèi)板炮煤層內(nèi)板炮的發(fā)生及其規(guī)律。的發(fā)生及其規(guī)律。降 低 材 料 道 向 下 20米0204060801001201112131415161718191101 111

50、時(shí) 間 /s幅值/mV材 料 道 20米02040608010012014011223344556677889100 111時(shí) 間 /s幅值mV圖圖7-2211月月11日中班測到的工作面上下部兩次板炮日中班測到的工作面上下部兩次板炮10）卸壓爆破前后的電磁輻射）卸壓爆破前后的電磁輻射在工作面有沖擊礦壓危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行在工作面有沖擊礦壓危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行卸壓爆卸壓爆破前后，電磁輻射值有明顯的變化破前后，電磁輻射值有明顯的變化。可用電磁輻射方法檢測卸壓爆破的效果?？捎秒姶泡椛浞椒z測卸壓爆破的效果。卸壓爆破前后，煤體內(nèi)卸壓爆破前后，煤體內(nèi)鉆屑量鉆屑量的變化規(guī)律，的變化規(guī)律，同樣證實(shí)了這一點(diǎn)。同樣證實(shí)了這

51、一點(diǎn)。圖圖7-23為卸壓爆破前后為卸壓爆破前后鉆孔鉆屑量鉆孔鉆屑量的變化，圖的變化，圖7-24，7-25則為同一地點(diǎn)卸壓爆破前后則為同一地點(diǎn)卸壓爆破前后電磁輻射電磁輻射的的變化情況。變化情況。012345012345678鉆孔深度/m煤粉重量/kg實(shí)際值標(biāo)準(zhǔn)值臨界值012345012345678鉆 孔 深 度 /m煤粉重量/kg實(shí) 際 值標(biāo) 準(zhǔn) 值臨 界 值b)卸壓爆破后卸壓爆破后圖圖7-23卸壓爆破前后卸壓爆破前后鉆屑量鉆屑量的變化規(guī)律的變化規(guī)律a)卸壓爆破前卸壓爆破前0204060801001201401815222936435057647178859299106 113 120時(shí)間/秒E

52、/mV010002000300040005000600070008000900010000110192837465564738291100 109 118時(shí)間/s脈沖數(shù)/次a)電磁輻射幅值電磁輻射幅值b)電磁輻射脈沖數(shù)電磁輻射脈沖數(shù)圖圖7-24卸壓卸壓爆破前爆破前電磁輻射值的變化規(guī)律電磁輻射值的變化規(guī)律0102030401815 22 29 36 43 50 57 64 71 78 85 92 99 106 113 120時(shí)間/秒E/mV00.20.40.60.811.2191725334149576573818997 105 113時(shí)間/s脈沖數(shù)/次b)電磁輻射脈沖數(shù)電磁輻射脈沖數(shù)圖圖7-2

53、5卸壓卸壓爆破后爆破后電磁輻射值的變化規(guī)律電磁輻射值的變化規(guī)律a)電磁輻射幅值電磁輻射幅值圖圖7-26為為7204工作面上部隨工作面推進(jìn)，其工作面上部隨工作面推進(jìn)，其電磁輻射值的變化規(guī)律。電磁輻射值的變化規(guī)律。從圖上可以明顯地看出從圖上可以明顯地看出絕大部分沖擊危險(xiǎn)區(qū)絕大部分沖擊危險(xiǎn)區(qū)域在卸壓爆破后，電磁輻射值有了明顯的下降域在卸壓爆破后，電磁輻射值有了明顯的下降，如如11月月1218日，有的效果還非常好，特別是日，有的效果還非常好，特別是11月月18日電磁輻射值下降的非常多。日電磁輻射值下降的非常多。但有的效果也不理想，例如但有的效果也不理想，例如11月月13日卸壓爆日卸壓爆破后，電磁輻射值

54、沒有明顯變化。破后，電磁輻射值沒有明顯變化。工作面降低材料道往下30m電磁輻射幅值變化圖(11.12-11.15)020406080100120140時(shí)間/班次幅值/mV爆破爆破爆破12夜12早12中13夜13早13中14夜14早15夜15早15中工 作 面 降 低 材 料 道 往 下 30m電 磁 輻 射 幅 值 變 化 圖 (11.16-11.19)020406080100120140時(shí) 間 /班 次幅值/mV材 料 道爆 破爆 破16夜16中17夜17中17早18夜18早18中19夜工 作 面 降 低 材 料 道 往 下 30m電 磁 輻 射 幅 值 變 化 圖 (11.19-11.24

55、)020406080100120140時(shí) 間 /班 次幅值/mV材 料 道爆 破爆 破19夜19早21早20夜20早21中22夜23早23夜23中24夜圖圖7-26推進(jìn)過程中工作面中上部電磁輻射值變化規(guī)律推進(jìn)過程中工作面中上部電磁輻射值變化規(guī)律11）沖擊礦壓與電磁輻射沖擊礦壓與電磁輻射測試表明：測試表明：在沖擊礦壓發(fā)生前，電磁輻射的在沖擊礦壓發(fā)生前，電磁輻射的幅值有較大幅度的增長。幅值有較大幅度的增長。在在9112工作面上頭距風(fēng)巷工作面上頭距風(fēng)巷120m處，在測量過處，在測量過后不到半分鐘，曾發(fā)生過一次煤炮（后不到半分鐘，曾發(fā)生過一次煤炮（小型沖擊小型沖擊），），其強(qiáng)度大約為其強(qiáng)度大約為708

56、0dB。在發(fā)生煤炮以前，電磁輻射儀測到了脈沖數(shù)在發(fā)生煤炮以前，電磁輻射儀測到了脈沖數(shù)和幅值的和幅值的連續(xù)增長連續(xù)增長，反映了煤巖破壞發(fā)展、發(fā)生，反映了煤巖破壞發(fā)展、發(fā)生的過程，如圖的過程，如圖7-27所示所示。02 0 04 0 06 0 08 0 01 0 0 01 2 0 01 4 0 011 01 92 83 74 65 56 47 38 29 11 0 01 0 91 1 81 2 7時(shí) 間 /s脈沖數(shù)/次圖7-27 煤炮發(fā)生前電磁輻射脈沖數(shù)的變化趨勢在在9112工作面上頭距風(fēng)巷工作面上頭距風(fēng)巷120m處，在測量過處，在測量過后不到半分鐘，曾發(fā)生過一次煤炮（后不到半分鐘，曾發(fā)生過一次煤

57、炮（小型沖擊小型沖擊），），其強(qiáng)度大約為其強(qiáng)度大約為7080dB。7204工作面開采期間多次誘發(fā)了沖擊礦壓，同工作面開采期間多次誘發(fā)了沖擊礦壓，同時(shí)也發(fā)生了時(shí)也發(fā)生了兩次較大規(guī)模的沖擊礦壓兩次較大規(guī)模的沖擊礦壓，其沖擊地點(diǎn)，其沖擊地點(diǎn)和范圍為材料道從工作面向外和范圍為材料道從工作面向外13m開始的開始的13m長，長，工作面從材料道往下工作面從材料道往下11m開始的開始的22m長的煤壁長的煤壁。誘發(fā)和發(fā)生的沖擊礦壓前后的電磁輻射：沖擊誘發(fā)和發(fā)生的沖擊礦壓前后的電磁輻射：沖擊礦壓發(fā)生前的一段時(shí)間，電磁輻射值較高，之后有礦壓發(fā)生前的一段時(shí)間，電磁輻射值較高，之后有一段時(shí)間相對較低，但這段時(shí)間內(nèi)，其電

58、磁輻射值一段時(shí)間相對較低，但這段時(shí)間內(nèi)，其電磁輻射值均均達(dá)到、接近或超過臨界值達(dá)到、接近或超過臨界值，之后發(fā)生沖擊礦之后發(fā)生沖擊礦壓壓。說明能量的聚集與釋放的過程。說明能量的聚集與釋放的過程。工作面降低材料道往下20m電磁輻射幅值變化圖(10.20-10.27)020406080100120140時(shí)間/班次幅值/mV沖擊20中21夜21早21中22早25中26夜26中27夜工 作 面 降 低 材 料 道 往 下 20m電 磁 輻 射 能 量 變 化 圖 (10.20-10.27)010203040506070時(shí) 間 /班 次能量X10/J沖 擊20中21夜21早21中22早25中26夜26中2

59、7夜圖圖7-28沖擊前后工作面電磁輻射的變化沖擊前后工作面電磁輻射的變化降低材料道距切眼30m電磁輻射幅值變化圖(11.05-10.08)020406080100120140時(shí)間/班次幅值/mV沖擊5夜5中5早6早6中7夜7中8夜8早降低材料道距切眼30m電磁輻射能量變化圖(11.05-10.08)01020304050時(shí)間/班次能量X10/J沖擊5夜5中5早6早6中7夜7中8夜8早圖圖7-29沖擊前后巷道電磁輻射的變化沖擊前后巷道電磁輻射的變化圖圖7-30為為7204工作面工作面12月月16日誘發(fā)沖擊礦壓前日誘發(fā)沖擊礦壓前后電磁輻射的變化規(guī)律。后電磁輻射的變化規(guī)律?？梢钥闯鐾瑯拥囊?guī)律，即可以

60、看出同樣的規(guī)律，即沖擊礦壓發(fā)生前的沖擊礦壓發(fā)生前的一段時(shí)間，電磁輻射連續(xù)增長或先增長，然后下一段時(shí)間，電磁輻射連續(xù)增長或先增長，然后下降，之后又呈增長趨勢。降，之后又呈增長趨勢。降低材料道距切眼70m電磁輻射幅值變化圖(12.16-12.20)020406080100120140時(shí)間/班次幅值/mV爆破誘發(fā)沖擊16中17中19早18夜18中18早19中20早19夜20夜20中17夜圖圖7-30誘發(fā)沖擊礦壓前后電磁輻射變化規(guī)誘發(fā)沖擊礦壓前后電磁輻射變化規(guī)7.6煤巖變形破壞與電磁輻射耦合規(guī)律煤巖變形破壞與電磁輻射耦合規(guī)律從以上觀測到的規(guī)律可知：從以上觀測到的規(guī)律可知：1）采用電磁輻射法對沖擊礦壓的