第1章緒論1
1.1研究背景 1
1.2研究現狀 2
1.2.1深部煤岩能量演化理論及受載破裂失穩機制研究現狀 2
1.2.2煤岩受載岩體輻射場、聲場能量演化規律研究現狀 6
1.2.3復合煤岩受載破裂多場耦合機制研究現狀 11
1.3研究概況 12
1.3.1研究方法 14
1.3.2技術路線 15
1.3.3應用前景 15
參考文獻 15

第2章受載煤岩破裂多物理場基本理論及耦合路徑24
2.1煤岩受載破裂的宏觀與微觀解釋 25
2.1.1煤岩體受載破裂宏觀機制 26
2.1.2煤岩體受載破裂微觀機制 26
2.2煤岩受載破裂各物理場演化基本理論 27
2.2.1煤岩受載破裂過程電荷感應原理 27
2.2.2煤岩受載破裂過程電磁輻射原理 29
2.2.3煤岩受載破裂過程紅外輻射原理 32
2.3復合煤岩受載破裂多物理場耦合路徑 33
2.4本章小結 34
參考文獻 35

第3章復合煤岩受載破裂多參數監測裝置與實驗繫統研究38
3.1煤岩受載破裂多參數監測繫統結構 38
3.2繫統主控電路設計 40
3.3電荷信號采集模塊 41
3.3.1電荷傳感器原理 42
3.3.2傳感器轉換電路 43
3.3.3濾波電路 44
3.4電磁輻射采集模塊 45
3.4.1電磁輻射信號接收天線電路 45
3.4.2電磁輻射信號放大電路 47
3.4.3濾波電路 48
3.4.4信號去噪處理算法 49
3.5紅外輻射溫度采集模塊 52
3.6受載煤岩破裂多參數監測繫統軟件設計 54
3.6.1程序總體流程圖 54
3.6.2A/D采樣程序設計 54
3.6.3通信軟件設計 55
3.7上位機軟件設計 56
3.7.1監測繫統用戶界面 56
3.7.2軟件流程 57
3.8本章小結 57
參考文獻 58

第4章復合煤岩受載破裂應力-電荷-紅外輻射耦合模型研究59
4.1受載復合煤岩變形破裂試驗設計 60
4.1.1試樣制備 60
4.1.2試驗繫統 60
4.1.3試驗步驟 62
4.2電磁輻射、電荷感應電壓信號相關性研究 62
4.2.1實驗結果分析 62
4.2.2相關性研究 66
4.2.3機理探討 69
4.3SCT耦合模型研究 70
4.3.1模型推導 70
4.3.2實驗研究 72
4.4本章小結 74
參考文獻 75

第5章復合煤岩受載破裂溫度-應力-電磁多場耦合模型研究76
5.1溫度-應力-電磁場理論模型 76
5.2基的物理場變化規律分析 79
5.3驗證實驗及特征總結 80
5.3.1實驗研究 80
5.3.2應力場分析 80
5.3.3溫度場分析 82
5.3.4電磁場分析 86
5.3.5力電熱耦合分析 89
5.4本章小結 90
參考文獻 91

第6章考慮裂隙運動的受載復合煤岩應力-電磁輻射數值模型92
6.1裂隙周期運動對煤岩應力-電磁輻射模型的影響 92
6.2受載煤建模與電磁信號分析 94
6.2.1受載煤岩電磁輻射數值模型 94
6.2.2受載復合煤岩仿真模型建立 97
6.2.3仿真條件及求解過程 97
6.2.4受載復合煤岩電磁輻射演化規律 98
6.3實驗驗證及特征總結 102
6.3.1場景及實驗步驟 102
6.3.2結果處理及分析 104
6.3.3受載復合煤岩電磁輻射演化規律 105
6.4本章小結 108
參考文獻 109

第7章循環加-卸下復合煤岩受載破裂紅外輻射-能量演化及耦合機制111
7.1基於表面溫度的煤岩受載狀態識別方法 111
7.1.1復合煤岩卸荷熱力耦合模型研究 111
7.1.2復合煤岩卸荷仿真模型研究 113
7.2循環加-卸受載煤岩紅外輻射信號演化規律 114
7.3紅外輻射-能量演化耦合機制 117
7.3.1煤岩能量計算 117
7.3.2能量演化規律研究 117
7.4本章小結  121
參考文獻 122

第8章卸荷條件下復合煤岩受載破裂多場耦合模型123
8.1復合煤岩卸荷多場耦合數學模型 123
8.2卸荷下受載復合煤岩多物理場演化規律 124
8.2.1煤建模 124
8.2.2仿真研究 125
8.2.3復合煤岩卸荷多場耦合機理研究 135
8.3實驗驗證與結果分析 136
8.4本章小結 139
參考文獻 139

第9章復合煤岩受載破裂耗散能-輻射能耦合機制141
9.1基於能量損傷理論的復合煤岩受載破裂機理 141
9.2耗散能-輻射能耦合路徑與模型建立 144
9.2.1耗散能-紅外輻射能耦合數學模型 144
9.2.2耗散能-電磁輻射能耦合數學模型 151
9.3實驗驗證與結果分析 154
9.3.1耗散能-紅外輻射能實驗及結果 154
9.3.2耗散能-電磁輻射能實驗及結果 160
9.4受載煤岩能量變化與耦合規律 166
9.4.1紅外輻射能變化與耦合規律 166
9.4.2電磁輻射能變化與耦合規律 172
9.5本章小結 175
參考文獻 176

結語180

煤岩動力災害現像是煤岩體在載荷作用下變形破裂逐漸演化而發生的突發性破壞或失穩現像，具有動力效應和破壞性災害後果。在許多工程領域都存在煤岩動力災害現像，如地震、滑坡、岩石混凝土結構失穩等。長期以來，我國煤礦由於煤層賦存與地質條件復雜多樣，煤岩動力災害事故頻發，損失嚴重，因此，科學、有效的動力災害監測預警方法成為眾多學者和安全工作者研究的焦點。
在我國，典型的煤岩動力災害包括煤與瓦斯突出和衝擊地壓。一般研究認為，這兩種典型的動力災害是由於煤岩體受載破壞從而導致煤岩體與圍岩力學繫統平衡被打破。當應力超過煤岩的強度限時，聚積在煤岩體中的能量突然釋放，以求達到新的平衡狀態，原有的動力平衡條件被破壞，從而發生煤岩動力災害。受載破裂多物理場能量演化規律研究在預測煤岩動力災害現像、地震、地質滑坡、測量煤岩體應力狀態等方面具有廣泛的應用前景。因此，本書采用多學科交叉理論，從應用基礎理論、技術開發等方面對煤岩受載破裂規律及多物理場耦合機制進行深入分析和研究，為煤岩開采動力災害預測預報提供了理論基礎。對於進一步揭示煤岩變形破裂機理、煤岩物理力學特性、煤岩動力災害演化機理、監測預警煤岩動力災害及保證煤礦生產和人員人身財產安全具有重要的實際意義。
作者在國家自然科學基金項目“深部復合煤岩卸荷破裂熱紅外輻射機理及多場耦合模型研究（51604141）”、國家自然科學基金項目“受載復合煤岩體破裂電磁輻射機理及力電熱耦合模型研究（51204087）”、遼寧省自然科學基金項目“深部復合煤岩卸荷破裂能量演化特征及多場耦合機理研究（20170540427）”、遼寧“百千萬人纔工程”培養經費資助項目“深部復合煤岩卸荷破裂多物理場能量演化規律及耦合機理研究（2021921083）”、遼寧工程技術大學創新團隊項目“礦山電磁智能感知預警技術及裝備創新團隊”（LNTU20TD-29）、遼寧省應用基礎研究計劃項目“礦井超寬帶生命探測雷達信號傳播規律及耦合機制研究”（2023JH2/101300138）等課題資助下，經過多年來堅持不懈地探索和研究，在煤岩受載破裂非接觸預警技術、多物理場理論、應用技術與裝備開發和實驗應用方面取得了突破性進展，以及大量有益的成果。如發明了復合煤岩受載破裂多參數監測實驗繫統研究的技術方法，從理論上建立了煤岩動力災害多參數預警準則，闡明了復合煤岩變形破裂溫度-應力-電磁多場耦合機制，且理論和實驗結果證明三者與煤岩破裂機制存在內在聯繫等。本書對這些內容進行了比較詳盡的論述，希望能對從事此方面及相關領域研究的科技工作者有所啟示。
本書主要介紹了作者團隊關於煤岩破裂過程中的復合煤岩受載破裂多物理場現像、規律以及復合煤岩受載破裂多物理場技術現場應用等方面的研究成果。本書首次在損傷力學、岩石力學、統計理論和熱力學基礎上提出並建立了應力-電荷-紅外輻射耦合模型、溫度-應力-電磁多場耦合模型、應力-電磁輻射數值模型、復合煤岩卸荷熱力耦合模型、復合煤岩卸荷多場耦合數學模型、耗散能-紅外輻射能耦合數學模型及耗散能-電磁輻射能耦合數學模型，並在此基礎上進行數值模擬與實驗，研究了多物理場變化規律及耦合機制、復合煤岩循環加卸荷能量演化機制、復合煤岩加卸荷過程中各部分表面平均紅外溫度及能量演化規律及能量變化、受載復合煤岩變形破裂過程中耗散能與電磁輻射能耦合機制等內容。
全書共分9章，第1、4、5章及結語由李鑫副教授編寫；第2、8章由楊楨教授編寫；第6、7章由李艷博士編寫；第9章由李昊博士編寫；第3章由韓磊碩士編寫。在本書的編寫過程中，感謝遼寧工程技術大學相關專家的大力支持；感謝力學與工程學院趙揚鋒教授、趙娜副教授，煤炭科學技術研究院安全分院科研中心實驗室副主任孫中學等專家學者對本書的指導和在進行實驗研究過程中給予的無私幫助；感謝電氣與控制工程學院莊佳鈺碩士、宋重霄碩士、蘇小平碩士、王雪碩士、左輝碩士、李航碩士、王雪嬌碩士等同學對本書初稿資料的整理、彙總與校核。本書的編寫參閱了大量的國內外有關復合煤岩多物理場耦合機制理論及相關方面的專業文獻，謹此向文獻的作者表示感謝。
在復合煤岩受載破裂多物理場能量演化規律研究應用方面，我們雖然取得了大量的成果，但很多內容還有待今後進一步研究和完善。由於作者水平有限，書中不足之處在所難免，敬請讀者不吝賜教。

編者
2022年12月