Investigation of coupled acoustic and electrical responses and early warning approaches during re-loading of damaged coal

煤 煤矿开采 预警系统 环境科学 采矿工程 工程类 石油工程 法律工程学 地质学 预警系统 岩土工程
作者
Xiayan Zhang,Enyuan Wang,Rongxi Shen,Huihan Yang,Haishan Jia,Shenglei Zhao,Zhoujie Gu,Zhenhua Hu,Chong Li,Meng Wang
出处
期刊:International journal of mining science and technology [Elsevier BV]
卷期号:36 (4): 743-771 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.ijmst.2026.01.004
摘要

Initial damage from engineering disturbances in deep coal mining degrades mechanical properties and heightens dynamic-hazard risks, challenging conventional monitoring. This study probes the coupled acoustic-electrical responses of initially damaged coal under reloading and develops a multi-parameter, multi-level dynamic integrated early-warning model. Using a true-triaxial Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB) system, we prepared specimens with graded damage by varying static deviatoric stresses and dynamic impacts. Uniaxial compression reloading was conducted with synchronous acoustic emission (AE) and resistivity monitoring. Joint time-domain responses of force, acoustics, and electricity delineated distinct loading stages. Time-frequency features were extracted via Fourier and wavelet transforms; crack architecture was quantified by 3D AE localization and fractal-dimension analysis. Initial damage markedly reduced load-bearing capacity. Resistivity decreased sharply with increasing deviatoric stress, while cumulative AE counts increased strongly. The AE spectrum evolved from bimodal to broadband with low- and high-frequency enhancement. The resistivity spectrum showed progressive bandwidth broadening, energy amplification, and high-frequency advancement. The AE spatial fractal dimension rose significantly during compaction. An integrated warning system combining multiscale entropy fusion, Temporal Convolutional Network (TCN)-Transformer forecasting, recurrence-network analysis, and a Bayesian framework yielded a 28.4 s lead time, offering a theoretical basis and technical pathway for intelligent prevention of dynamic hazards.

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