复合煤岩变形破裂：温度-应力-电磁多场耦合分析

"复合煤岩变形破裂温度-应力-电磁多场耦合机制" 在煤炭开采过程中，煤岩动力灾害是一个重大的安全问题，涉及到多种物理场的相互作用。本研究聚焦于复合煤岩的变形破裂过程，特别是温度场、应力场和电磁场之间的耦合机制。这种耦合现象在复杂的地质环境中尤为显著，对矿井的安全性和开采效率具有深远影响。 首先，通过结合损伤力学和电磁场理论，研究人员推导出了一套复合煤岩在变形破裂过程中的多物理场耦合数学模型。这个模型能够描述温度、应力和电磁场的动态变化规律。在数学模型的基础上，构建了多场仿真模型，使得我们能够数值模拟煤岩在受载情况下的物理场演变。 仿真结果显示，复合煤岩内部的应力发生突变，导致旧的分子链断裂，进而形成新的分子链，这个过程伴随着热量的释放。同时，由于带电粒子在电场中的加速运动，产生了电磁辐射。从宏观角度看，煤体的抗压强度相对岩体较弱，因此在煤岩体内容易形成裂隙。在这个过程中，煤体的应力、温度和电磁场能量均高于岩体，尤其在裂隙尖端，这些值达到最大。磁场能量随加载时间的增加而增强，磁感应强度呈现出逆时针旋转并从内部向外部逐渐减弱的特征。 实验验证进一步证实了这些模拟结果。复合煤岩内部的红外辐射温度随着应力的增加呈阶梯式上升，在应力峰值附近达到最高。电磁辐射在加载初期缓慢增加，当应力接近峰值时，电磁辐射迅速升高，然后在煤岩破裂时急剧衰减直至消失。 这些研究结果表明，力电热耦合模型能够有效揭示复杂条件下煤岩受载的特性，为深部煤岩开采中的动力灾害预测和预防提供了重要的理论依据和新的分析方法。通过理解和掌握这种耦合机制，可以更好地预测和控制矿井中的潜在灾害，提高煤炭开采的安全性。