实验岩石力学进展与新技术.docx

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1、煤岩流变电磁动力学何学秋、王恩元等内容介绍：发生在煤岩、混凝土等多孔介质中的动力灾害现象主要有煤和瓦斯突出、冲击矿压、冒顶、滑坡、隧道及坝基失稳等。本书针对煤岩动力灾害现象，在大量实验室实验和现场实验的基础上，结合流变力学、物理化学和电磁动力学等多学科的理论研究，初步建立并比较系统地论述了煤岩动力灾害发生过程的流变机理和电磁辐射等能量辐射规律，揭示了煤岩等多孔介质在含不同孔隙流体条件下流变破坏过程与电磁辐射信息之间的关系，建立了煤岩力电耦合场进行了数值模拟；从实验和理论两方面分析了电磁辐射记忆效应规律；比较系统地探讨了煤岩破裂过程中电磁辐射产生的机理；初步探讨了外加电磁场对吸附气体的作用规律；

2、建立并系统地论述了基于煤岩流变破坏电磁辐射理论的非接触监测和预测煤岩动力灾害的理论与技术，发明了监测装备；对所建立的煤岩破坏过程中电磁辐射监测的实验系统和信息处理技术及应用实例进行了介绍。前言1 煤岩动力灾害与电磁辐射现象11 煤岩动力灾害现象12 矿山煤岩动力灾害预测技术13 煤岩电磁辐射现象14 煤岩动力灾害现象的电磁辐射预测预报技术2 煤岩破坏的流变过程21 煤岩变形破裂的微观机理22 受载煤岩材料的变形破裂过程23 孔隙气体对煤岩体的“蚀损”规律24 含瓦斯煤变形及破裂过程的动态显微观测25 煤岩破坏的流变过程3 电磁辐射信号处理及分析基础31 傅里叶变换与频谱分析32 电磁辐射信号去

3、噪的小波分析理论33 信号相关分析的理论基础34 信号的R/S分析理论35 时间序列信号的分形特征36 电磁波辐射与传播理论4 煤岩电磁辐射实验研究41 实验样品及基本参数测试42 电磁辐射实验系统及实验方案43 电磁辐射实验结果与初步分析44 瓦斯气体对电磁辐射的影响45 煤岩流变破坏过程的电磁辐射特征5 煤岩电磁辐射规律51 煤岩电磁辐射信号幅值特征52 煤岩电磁辐射信号的频谱特征53 煤岩电磁辐射的统计分析54 煤岩电磁辐射的分形特征6 电磁辐射的影响因素61 电性参数对电磁辐射的影响62 加载条件对电磁辐射的影响63 水分对电磁辐射的影响64 温度对电磁辐射的影响65 煤岩组分和结构对

4、电磁辐射的影响7 煤岩体电磁辐射机理71 煤岩体分离电荷机理72 电磁辐射机理73 孔隙气体对电磁辐射的影响机理8 煤岩力电耦合的损伤力学模型81 损伤力学基础82 一维煤岩力电耦合的损伤力学模型83 三维煤岩力电耦合的损伤力学模型9 煤岩流变破坏力电耦合场模拟研究91 FLAC数值模拟方法92 单轴压缩煤岩力电耦合场模拟研究93 矿山掘进巷道煤岩力电耦合场数值模拟10 煤岩流变破坏电磁辐射记忆效应101 煤岩流变破坏电磁辐射记忆效应实验系统及方案102 流变破坏电磁辐射记忆效应的实验结果103 煤岩流变电磁辐射记忆效应的实质及机理11 电磁场对煤体瓦斯储运的影响规律111 引言112 实验系

5、统、煤样制备及实验方案113 电磁场对煤体瓦斯吸附的影响规律114 电磁场对煤体瓦斯解吸放散的影响规律115 电磁场对煤体瓦斯渗流的影响规律12 电磁场影响媒体瓦斯储运机理121 电磁场影响煤体瓦斯吸附机理122 瓦斯放散电磁作用机理123 电磁场提高媒体瓦斯渗透性机理124 断裂电磁辐射促进煤与瓦斯突出的作用机理13 矿山煤岩动力灾害电磁辐射监测技术131 煤岩动力灾害电磁辐射监测仪器132 电磁辐射监测参数133 流变电磁辐射预测煤岩动力灾害原理134 煤与瓦斯突出的电磁辐射预测技术135 冲击矿压的电磁辐射预测技术136 注水过程的电磁辐射特征14 电磁辐射监测技术在煤岩稳定性评价中的应

6、用141 隧道稳定性评价方法142 隧道应力分布的电磁辐射评价技术143 隧道稳定性的电磁辐射监测与分析144 矿井工作面应力状态的电磁辐射监测技术参考文献安全生产科技成果简介单位（公章）成果名称电磁辐射法预测煤岩动力灾害技术及装备申报单位名称中国矿业大学通讯地址江苏徐州中国矿业大学邮政编码221008联系人王恩元电话（区号）3884695（0516）电子信箱传真（区号）3884695（0516）成果完成单位1. 中国矿业大学成果类别新技术 新工艺 新方法 新设计新产品 新材料 新品种 其 他成果水平国际领先 国际先进 国内领先 国内先进成果来源 国家计划 省部计划 其 他成果评价方式 鉴定

7、验收 专利 其 他成果简介立项背景：矿山煤岩动力灾害是采掘过程中煤岩体突然失稳，或大量煤岩、瓦斯突然从工作面喷出的强烈动力灾害现象，主要指煤与瓦斯突出、岩石与二氧化碳突出、冲击地压等，由此造成重大伤亡事故和巨大经济损失。冲击地压除造成重大伤亡事故和严重影响安全高效生产外，还影响地面建筑物的安全。我国是世界上含瓦斯煤岩动力灾害最严重的国家之一，近年来，随着采深或产量的增加，原来无动力灾害危险的矿井，也受到了突出或冲击的威胁。 数十年来，在煤与瓦斯突出和冲击地压的预报方面，前人做了大量的工作，取得了较大的有益成果。在预测突出方面，主要有钻屑法、钻孔瓦斯涌出初速度法、钻屑瓦斯解吸指标法等。在预测冲击

8、地压方面，主要采用钻屑法，也有采用声发射法或微震法。这些方法对防治煤岩动力灾害均起到了一定的成效。目前，实现煤岩动力灾害的快速、准确预测是急需解决的科技问题。 成果特点：电磁辐射法预测煤岩动力灾害技术及装备KBD5矿用本安型煤与瓦斯突出（冲击地压）电磁辐射监测仪通过非接触监测煤岩体变形破裂过程中的电磁辐射信号及其变化规律，动态监测预报煤与瓦斯突出和冲击地压等煤岩动力灾害。电磁辐射信息综合反映了煤与瓦斯突出和冲击地压的主要影响因素，煤岩体电磁辐射及其变化能够反映矿井煤与瓦斯突出和冲击地压的危险性。电磁辐射监测仪是按GB3836.483爆炸性环境用防爆电气设备通用要求制造的，并经过防爆检验（防爆合

9、格证编号为2984039）和煤炭工业安全标志认证（安全标志编号为2000376）。电磁辐射预测技术及监测仪已获得国家发明专利（ZL 98111185.8）和实用新型专利（ZL01272808.X）。该项成果2002年获国家科技成果重点推广计划。其主要技术经济指标有：（1）实现了非接触、定向、区域性及连续动态监测；（2）预测无需打钻，操作简便快捷，大幅度降低了操作时间、工人的劳动强度及预测费用；（3）有效预测范围为722米，最大可达50米；（4）预测无危险的准确率达100%，有危险的准确率达70%以上。理论及创新性：该成果揭示了煤岩体受载变形破裂过程中的电磁辐射效应及规律：受载煤岩体能够产生电磁

10、辐射，电磁辐射与载荷及煤岩体的变形破裂过程呈正相关；煤岩变形破裂过程中的电磁辐射是频谱很宽的脉冲信号，而且其频谱随着载荷及变形破裂强度的增加而增高；瓦斯、加载速率等对电磁辐射有较大影响；受载煤岩体的电磁辐射具有记忆效应。提出了煤岩动力灾害电磁辐射非接触、定向监测技术及基于流变过程和电磁辐射效应耦合的煤岩动力灾害动态预报准则，发明了煤岩动力灾害电磁辐射监测系统。成果水平：鉴定专家认为，该项成果在整体上达到国际先进水平，在预报煤岩动力灾害危险的准确率方面达到国际领先水平，曾部分成果先后获得国家煤炭工业科技进步二等奖、中国高校科技进步二等奖、中国煤炭工业科技进步一等奖。应用范围：（1）预测煤与瓦斯突

11、出；（2）预测煤矿和金属矿山冲击地压；（3）监测顶板来压和断裂等；（4）采矿工作面前方应力带评估；（5）煤岩隧道稳定性评价。应用效果：该技术不受人工操作和工作面含瓦斯煤岩体分布不均匀的影响，能够实时跟踪监测工作面预测区域内煤岩体的流变破坏信息，预测指标为电磁辐射强度和脉冲数，监测的信息量大大丰富；临界指标法和动态变化趋势法对危险性进行判定，大幅度提高了预测的准确性和可靠性。已进行的推广应用表明，采用该技术预测煤岩动力灾害不发生的准确率达到100%，发生的准确率达到70%以上，为安全生产提供了有力的保障。经在平顶山、徐州等7个矿区成功的推广应用，取得了显著的社会效益和经济效益。推广应用前景：该项

12、成果除可应用于监测预报煤与瓦斯突出和冲击地压等矿山煤岩动力灾害。我国约有20%的大中型煤矿有煤与瓦斯突出危险，5%左右的大中型煤矿具有冲击地压危险，我国还有大量的岩爆危险非煤矿井，并且随着采掘强度及开采深度的加大，煤岩动力灾害危险矿井数目及煤岩动力灾害危险强度、频度都会增加。煤岩动力灾害自动监测预报系统还用于监测顶板来压和稳定性等，因此煤岩动力灾害自动监测预报系统在矿山具有非常广阔的应用前景。另外，我国地质滑坡、露天矿边坡滑坡也非常严重，该系统也可用于评估边坡、隧道（包括地铁）、大坝、建筑等岩石混凝土结构的稳定性。“电磁辐射预测冲击矿压技术研究”通过技术鉴定 由中国矿业大学与徐州矿务集团有限公

13、司合作承担的“电磁辐射预测冲击矿压技术研究”课题，於2002年10月25日通过了江苏省科学技术厅组织的技术鉴定。 冲击矿压是严重威胁矿井安全生产的动力灾害，随着矿井开采深度的不断增加，冲击矿压的危险和危害也日趋严重。因此进一步研究采用电磁辐射技术进行冲击矿压的预测预报对冲击矿压防治工作具有十分重要的理论和实际应用价值。该技术近三年在徐州三河尖煤矿等五个高冲击矿压危险工作面进行实际应用，取得了良好的效果。 该课题采用实验研究、理论分析和现场实测相结合的方法，建立了电磁辐射监测技术进行冲击矿压危险性分级预测预报的理论和技术方法，取得了以下主要创新性成果： （1）根据电磁学理论和实验结果，建立了煤岩

14、体变形破坏的带电粒子变速运动的电磁辐射理论和煤岩材料破坏的弹塑脆性模型，得出了煤体变形破坏电磁辐射与煤体的应力状态存在耦合关系的重要结论，并得到了实验室和现场试验结果的验证 。 （2）研究煤岩冲击破坏的电磁辐射特征和规律。根据实验室对冲击煤岩变形破坏的电磁辐射特征和变化规律进行的实测分析，和井下对具有冲击矿压危险的回采工作面进行的长期现场观测试验，得出了冲击矿压电磁辐射的变化规律以及电磁辐射变化与工作面顶板断裂、来压之间的关系，为电磁辐射预测冲击矿压提供了可靠的理论和应用基础。 （3）在实验研究、现场试验和理论分析的基础上，提出了电磁辐射预测冲击矿压的判据及预测技术。 （4）在徐州矿务集团公司

15、井下现场采用电磁辐射技术进行了大量的冲击矿压危险监测和防治措施效果检验研究，在近距离冲击危险的临近预测方面，预测不发生冲击矿压的准确率达100，预测冲击矿压发生的准确率提高到89；预测强冲击危险的准确率为73。 （5）电磁辐射预测冲击矿压技术无需打钻，对生产的影响小，省时省力，操作简单方便，易判别，适应现场生产施工条件的能力强，准确率高，实现了工作面安全、高效生产，可取得显著的社会效益和经济效益。 专家鉴定一致认为：电磁辐射预测冲击矿压技术具有非接触、安全可靠、操作简便、易判别、预测准确率高等显著特点。其研究成果达到了国际领先水平。 吴立新论文题目：煤岩强度机制及矿压红外探测基础实验研究作者简

16、介：吴立新，男，1966年生，1994年师从中国矿业大学王金庄教授，于1997年获博士学位。摘要1、前言煤矿开采过程中常在采场中遗留各种煤柱，这些煤柱兼有支撑和隔离作用。实践表明：当这些煤柱突然失稳时会造成矿井安全事故，并引起地表沉陷异常加剧，破坏地表建（构）筑物和地面生态环境。这类现象在美、英等国一些煤田的几十年前的老采区上方时有发生；我国也不例外，因煤柱屈服引起覆岩与地表急剧沉陷甚至类似小型地震的现象已多达40例。煤是一类十分复杂的非线性力学材料，国际上有关煤柱的长期强度本构及其失稳引起地表二次沉陷的时空规律仍缺乏深入研究；尤其在煤柱动态损伤规律及其与煤柱强度的本质联系方面，更缺乏理论与实

17、验研究。长期以来，国内外所有矿井在设计煤柱尺寸和预测地表下沉系数（静态）时，都是采用经验公式和经验参数进行粗放设计和预计，导致因煤柱设计过窄、长期强度不够而造成的矿山环境灾害。因此，煤岩强度机制及煤柱长期稳定性研究具有重要意义。此外，有关煤柱稳定性监测及其失稳、突出与煤爆监测、预测预报及非接触式监测等基础理论与实用技术方面，也须加强研究。近几年，国内有学者从地震预测预报的角度，研究岩石受力条件下的红外热像与红外辐射温度特征，发现了一些很有价值的现象。因而启示我们探索矿山压力作用过程中，煤及其顶、底板岩石是否具有某些红外辐射特征和规律，进而研究开发新一代非接触式矿压遥感探测与矿压灾害遥感预报技术

18、。本论文研究分两部分：第一部分是关于煤岩强度的微观影响因素、煤岩损伤动态演化规律、煤岩流变规律及煤岩与煤柱强度的尺度形态效应；旨在从微观角度揭示煤岩强度的机理，为深入研究煤柱失稳及地表二次沉陷机理奠定理论基础；第二部分是关于煤岩受压的热红外探测，及其与声发射、电阻率探测的对比研究；旨在为发展新一代非接触式煤柱失稳、煤爆、岩爆、煤与瓦斯突出等矿压现象的监测及预测预报技术进行必要的理论探索与实验准备。2、第一部分：煤柱与煤岩力学性质研究煤岩强度的微观影响因素通过用Toshiba-Edax-9100 对煤样进行实时加载扫描电镜观察与分析，揭示了中硬肥煤与坚硬无烟煤的损伤裂隙的动态扩展规律，包括强度的

19、微观影响因素、起裂行为特征与扩展模式等。1、煤岩强度(c)受制于3个微观因素：即内生裂隙发育方向、内生裂隙的面积占有率和煤显微组份中的镜质体含量(Q)。对于峰峰煤，有如下规律： 2、新生裂隙按3种模式扩展：即绕行微颗粒界面、回避强带和沿弱带扩展（见论文Fig.3-73-9）。 煤岩流变特征 从河北峰峰矿区的两个煤矿取样，对煤岩进行了为期10个月的单轴压缩流变实验。实验结果表明：煤岩流变符合对数性经验公式（式1）和修正的伯格理论模型（式2）， 并且具有低流变系数（, 平均0.463）但高蠕变门槛值(, 平均0.93)特征。 (1) (2)注：峰峰二矿条带煤柱稳定性分析及地表沉陷监测与预测表明，修

20、正的伯格理论模型适合煤柱流变行为的短期预测（两年以内），而对数型经验公式则适合煤柱流变行为的长期预测。煤柱强度计算公式六年来，结合科研课题在实验室进行了大量的煤岩强度实验，并在矿井进行了煤柱稳定性监测。基于这些第一手材料的分析研究，总结提出了一个可消除尺寸与形态效应的煤岩强度计算公式（式3）。进而建立了立方体大煤样的极限强度计算公式（式4）。在此基础上，参考Bieniawski公式，建立了适合我国煤矿条件的煤柱强度的通用计算公式（式5）。 (3) (4) (5)式中: 煤柱强度, MPa; 0.1 常数, cm-0.5; 煤样强度, MPa; 煤样高度, cm; 煤样长度, cm; 煤样宽度,

21、 cm; 煤柱宽度, m; 煤柱高度, m; 形态系数：当5时n=1+0.08；当5时n=1.4。注：该组公式现已应用于峰峰、平顶山等矿区的煤柱设计与建筑物下采煤项目中。第二部分：矿压红外探测基础实验研究 最近几年，强祖基（1991）、赁常荣（1992）等发现，许多强震震前及震后若干天内的NOVA等气象卫星的热红外图像上有地表异常增温现象。于是人们很自然就联想到人类历史上记录到的多次“地震闪光”与“地震地火”现象，并思考地震前地壳岩石受力是否会出现某种热红外前兆信息，并被遥感仪器探测到，以及实验是否具有可重复性？带着这种疑问，崔承禹、耿乃光、邓明德等人近五年来对北京地区的25种岩石（包括沉积岩

22、和火成岩）和1种济南辉长岩进行了单轴压缩和双轴压缩摩擦条件下加载至破裂过程的热红外辐射特性的探索性测试，李纪汉、耿乃光等人还进行了钢板拉断实验的热红外图像测试，证实了试块热红外辐射能量随所受应力而变化的现象和试块破断前兆信息的存在。崔承禹、耿乃光（1992，1995）进而开创性地在国内提出了“遥感岩石力学”（或遥感岩石物理学）这样一个崭新的学科和术语，以期在地震预报、岩爆预报和岩体应力场量测领域中得到进一步的研究和应用。 矿山实践表明，具有一定规模构造应力场或瓦斯突出现象的矿井也往往会造成矿井局部温度异常。因此，可以推理：煤柱承载直到屈服破坏、煤爆、煤岩与瓦斯突出、煤层顶板运动破坏等均是一个动

23、力过程，在地应力和采动应力的共同作用下，煤体和岩体产生移动变形，并会引起成岩物质内部结构的调整和某些物理化学变化，其中必然包括能量的转化和电子跃迁，如一部分机械能转化为热能，或一部分固有热能转化为机械能，并以电磁辐射的形式表现出来。那么，作为电磁辐射之一的热红外辐射温度的特征变化必然会反应上述物理化学过程，并能提供一些前兆信息。若这些特征变化和前兆信息能够被监测到，则有可能发展一种崭新的矿柱稳定性监测、矿山岩爆、煤爆、煤与瓦斯突出的热红外监测与预测预报技术，其中最有生命力的将无疑会是能反应场信息的热红外成像技术。鉴此，我们选择了河北峰峰矿务局二矿大煤及其顶板砂岩和万年矿大煤进行单轴加载及单轴循

24、环加载条件下的热红外辐射特征的实验研究。煤岩受压过程的红外热像特征实验使用AGA-782红外热像仪观测试块表面红外辐射温度场及其变化过程，探测波长3.65.5m,灵敏度0.1oC,扫描速率25帧/s。实验结果表明，12个试块的红外热像无一例外地反应出了试块受压至破坏全过程中的受力变化与破坏特征，并有6个试块不同程度地反应出试块临屈服破坏的前兆信息。可分为三类：单调升温，低温前兆；缓慢升温，快速高温前兆；先降后升，低温前兆。第I类，单调升温，低温前兆：1)开始阶段为红外辐射随载荷上升而不断增强；2）当载荷平均达到0.82s c时，红外辐射开始减弱3）当载荷平均达到0.94s c时，辐射最弱。如论

25、文中彩图8-4所示。第II类，缓慢升温，快速高温前兆：1）开始阶段为红外辐射随载荷上升而缓慢增强；2）当载荷平均达到0.91s c时，红外辐射急剧增强3）当载荷平均达到0.99s c时，红外热象中可见沿新生裂隙位置清楚地显现出弱辐射带。如论文中彩图8-6所示。第III类，先降后升，低温前兆：即1）顶板砂岩受力的初始阶段，红外辐射有所减弱；当载荷达到0.1s c时，辐射开始增强，全靶区平均辐射温度已降低约0.15oC，（这一现象与崔承禹、耿乃光等人的实验结果是一致的，表明对于大多数岩石来说，受力初始阶段的辐射降温现象是一种普遍规律）；2)当载荷继续增加到0.67s c时，辐射恢复至初始状态；3）

26、此后辐射又开始减弱，当载荷达到0.96s c时，辐射降到最弱，并且低温辐射条带显现即将破裂位置，直到试件开始破坏。如论文中彩图8-8所示。煤岩受压过程的红外辐射温度特征使用ER-2007SA1非接触式红外辐射温度计连续测量试块表面的红外辐射温度，工作波长为814m，灵敏度0.1oC，视场角2o。所有8个试块的红外辐射温度曲线测试结果表明，无一例外地发现在试件屈服破坏之前，红外辐射温度的变化提供了十分明显或较明显的前兆信息。可分为3类：即辐射低温前兆、辐射高温前兆和持续辐射高温前兆，如论文中图8-99-11所示。第I类：辐射低温前兆：1）试块临屈服或破裂之前，辐射温度经过不同程度的波动，辐射温度

27、曲线上明显出现一个低温谷点；2）该谷点的出现时刻为载荷达到0.830.90s c（平均0.86s c）；3）此时谷点的辐射温度相对于加载前初始辐射温度低0.11.1oC（平均0.5oC）。第II类：辐射高温前兆：1）试块在临屈服或破裂之前，辐射温度经过不同程度的波动之后，辐射温度曲线上明显出现一段持续高温区或一个高温峰值；2）高温峰点的出现时刻为载荷达到0.820.95s c(平均0.87s c)；3)此时峰点的辐射温度相对于加载前初始辐射温度高0.10.3oC（平均0.2oC）。第III类：持续辐射高温前兆：1）当载荷达到0.65s c时，辐射温度曲线上出现高温；2）该温度高出试件未加载时的

28、初始辐射温度0.20.3oC，而且一直持续到试件发射爆裂型破坏。在所有20个试块的红外热像与辐射温度测试中，仅出现一例这样的情况（即试件W3）。该试件最终发生爆裂时，几乎所有碎块均飞溅出压机加栽平台，飞溅距离达5m。这一事例或许说明：具煤爆倾向的煤块或煤体具有持续辐射高温前兆，这一结论是否正确以及是否适用于岩石和岩体，尚有待于进一步进行实验研究。应力局部集中与裂隙扩展的红外显现实验还表明，红外热像可以反映局部应力位置（辐射高温区）和裂隙扩展路径（辐射低温区）。当试块屈服破坏时，可见试件表面和试件内部局部位置因应力集中或摩擦效应引起的局部辐射高温区，该处相对于全靶区最低辐射温度高出1-2oC，见

29、论文中彩图8-5；当试件临破裂及破裂瞬间，红外热像中清楚显现出试块内部辐射低温、近表面破裂处辐射高温和应力局部集中处辐射高温现象，见论文中彩图8-7。这说明局部应力集中会引起局部强辐射，而弱辐射条带则可预示破裂发展位置。这一现象对于异常应力探测和屈服破裂预报具有实际意义。应力警戒区，为与其它动力响应现象进行对比分析，同步进行了声发射、电阻率变化的监测与研究。实验发现三者之间具有良好的可比性，如表2所示。经综合分析指出：附近可作为矿压监测预报与工程控制的“应力警戒区”。表2 煤岩破裂前兆信息比较探测技术声发射电阻率红外探测峰值前兆谷值前兆热像辐射温度试样数99764前兆应力 0.750.780.

30、790.820.80平均0.760.790.81总平均0.79讨论与展望 1、本论文研究过程中，热像仪和辐射测温仪使用的红外波段分别为3.65.5m和814m。但煤及各类矿山岩石的红外辐射波谱曲线到底在那一区段具有最好辐射特性，并不明确。如果对这一问题进行专门研究，有可能找到每种煤或矿山岩石的特定最佳谱段区，对于降低成本制造相应的遥感监测仪器具有实际意义； 2、研究过程中，曾对一块矩形锰钢加载直到发生塑性变形，监测发现钢块在发生塑性变形时，辐射温度快速上升，最终升高了7.5, 而实际温度升高量至少应有15，因为钢块变形后不能充满监测仪视场，所得温度仅是钢块表面温度与背景温度的面积平均值。这一结

31、果与崔承禹、耿乃光等人进行的钢板拉断实红外热象实验结果是一致的。因此，有可能将矿压红外探测技术用于矿山金属支架、支柱的受力状态与稳定性监测，用于顶板来压的预测预报。此外，从这一物理现象还可推论，被探测体发生塑性变形时，晶格的变化应是辐射温度上升的主要原因； 3、红外波易被大气或矿山气、液、粉尘三相介质吸收，不利于远距离探测。微波（毫米波和厘米波）则具有较好的穿透能力。崔承禹、耿乃光等人实验探索表明，微波探测也能反映岩石受力的辐射亮度温度的变化现象。因此，应该对矿山煤和岩石受力后的微波辐射现象进行系统实验研究，有可能实现更远距离甚至从地表对矿山岩体的应力状态进行遥感探测，其理论与实践意义无疑十分

32、重大。遥感-岩石力学(I)-非连续组合断层破裂的热红外辐射规律及其构造地震前兆意义遥感-岩石力学()-岩石低速撞击的热红外遥感成像实验研究遥感-岩石力学()岩石粘滑过程中红外辐射的影响因素分析热红外成像用于固体撞击瞬态过程监测的实验探索吴立新 李国华 吴焕萍(中国矿业大学北京校区, 北京100083. E-mail: )摘要 基于热辐射应力图像分析技术(SPATE)和遥感岩石力学(RSRM)的比较分析,提出了用热红外成像技术(TIR imaging)进行固体撞击瞬态过程监测的思路.利用高速和高精度的TVS-8100MKII TIR成像系统,对大理石、花岗岩、混凝土、钢板、有机玻璃板和木板共6类

33、固体材料进行了落球击过程的TIR成像实验.实验发现:(1)撞击瞬间靶元有明显的TIR辐射升温现象;(2)球体大小不变时,升温幅度与落球势能(高度)线性相关;(3)升温幅度与靶元材料及其表面光洁度有关,幅度大小依次为混凝土、未抛光大理石、钢板、木板、抛光花岗岩、抛光大理石和有机玻璃板;(4)脆性材料撞击后TIR辐射逐渐衰减,而塑性材料撞击后有滞后增强现象.可以推断,一旦研究确定了与弹体特征和靶体材料相对应的撞击势能-靶元辐射强度的关系函数与技术参数,就可以基于TIR遥感成像技术实现固体撞击瞬态过程的遥感侦测与反分析.此外,TIR成像技术还对构造地震的前兆机理学研究及其卫星遥感预报有科学意义.关键词 热红外成像 固体撞击 瞬态监测 遥感 遥感岩石力学