煤样破裂的表面电位分形分析及其预警作用

本文主要探讨了煤样在单轴压缩下的破裂机制，通过实验研究表面电位的变化规律，并利用多重分形统计理论进行深入分析。多重分形是一种数学工具，用于描述复杂系统中信号或数据的自相似性和复杂结构，它能够揭示出不同尺度下的统计特性。 首先，研究者收集了煤样在受载过程中的表面电位数据，这些数据被视为一个时间序列，反映了煤样的物理状态随压力变化的过程。他们运用多重分形谱分析方法，对这些数据进行了处理，多重分形谱是由一系列的指数函数构成，这些函数描述了数据在不同尺度下的波动特性。 研究发现，煤样的表面电位信号具有多重分形特征，这意味着在较大的分析尺度下，信号的统计性质保持不变，这体现了其内在的自相似性。此外，对于不同尺寸的煤样，其表面电位信号的多重分形谱呈现出一种右钩状的模式，这种模式可能与煤样的微观结构和裂纹发展有关。 更为关键的是，文中报告了两个特征参数Δα和Δf在加载过程中的变化规律。这两个参数的变化与煤样受载变形和破裂过程紧密相关。当Δα和Δf经历了一段时间的稳定增长后，如果出现快速下降的趋势变化，这被解释为破裂的先兆信号，可以作为煤样失稳的早期预警指标。这为煤样的稳定性评估和破裂风险预测提供了新的科学依据。 这项研究不仅深化了我们对煤样破裂机制的理解，还开发了一种通过监测表面电位的多重分形特性来预测煤样稳定性的方法，这对于煤炭开采过程中的安全控制具有重要意义。未来的研究可以进一步优化特征参数的阈值设置，以提高预警精度，并可能推广到其他材料的断裂行为研究中。