Przejawy chaosu deterministycznego w emisji akustycznej generowanej w skałach procesem pękania

• Autorzy: Majewska Z. , Mortimer Z.

Warianty tytułu

EN

Chaotic behavior of acoustic emission generated in rocks by fracturing

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono niektóre wyniki zastosowania nieliniowej dynamiki do opisu emisji akustycznej generowanej w skałach procesami pękania o różnej skali i różnej genezie (Majewska i Mortimer 1998; Majewska 2000; Majewska i Mortimer 2001). Emisję akustyczną monitorowano podczas dwóch różnych eksperymentów: testów jednoosiowego ściskania próbek skał o różnej litologii oraz testów sorpcji gazu na węglu kamiennym. Badania nieliniowej dynamiki zjawiska AE objęły: - analizę multifraktalnego charakteru czasowych rozkładów intensywności wyzwalanej energii oraz aktywności akustycznej (zależności Dq(q)), - analizę przestrzeni fazowej procesów AE poprzez badanie wymiarów atraktorów przestrzeni zanurzonych D2(d), - badanie czasowej zmienności wartości korelacyjnego wymiaru D2 dla podstawowych parametrów AE traktowanych jako szeregi czasowe (intensywność wyzwalanej energii, aktywność akustyczna), - badanie czasowej zmienności wartości wymiarów D2 i D2-Ą przy ustalonym interwale okna czasowego. Uzyskane rezultaty pozwalają stwierdzić, że emisja akustyczna AE generowana procesem pękania skał w stanie naprężeń ściskających oraz indukowana w węglu kamiennym sorpcją-desorpcją gazu jest procesem multifraktalnym. Wykazano, że procesem pękania o różnej genezie odpowiadają różne widma multifraktalne, i na odwrót, bardzo zbliżone spektra uzyskuje się dla pękania tego samego typu. Widma multifraktalne AE próbek skalnych poddanych naprężeniom ściskającym różnią się dla skał wykazujących odmienne zachowania pokrytyczne. Równocześnie widoczny jest wyraźny wpływ szybkości deformacji na charakter widma.

EN

This paper presents selected results of our studies of non-linear dynamics emission genarated in rocks by facture process of variable origin and scale. Acoustic emission was monitored during two very different types of tests: uniaxial compression and gas sorption on coal. The treatment of the experimental results comprised: - analysis of fractal/multifractalcharacter of AE energy distribution [Dq(q)], - analysis of time variability of fractal dimensions D2 and DA, - analysis of phase space of AE process (calculation of embedded attractors) It was shown that process of rock fracturing during compression is of lower order than that of coal fracturing induced by gas sorption. Process of gas sorption in high rank coal is a chaotic process of lower order than is in medium rank coal . The heterogeneity of fractal structure of the distribution of AE energy rate associated with CO2 sorption on coal depends on coal rank and grows along with it. Multifractal analysis of AE generated in rocks subjected to uniaxial compression indicate that generalized fractal dimensions may also be linked with fracturing mode.

Słowa kluczowe

PL

emisja akustyczna; pękanie skał; widma multifraktalne

• Wydawca: Wyższy Urząd Górniczy
• Czasopismo: WUG : bezpieczeństwo pracy i ochrona środowiska w górnictwie
• Rocznik: 2005
• Tom: nr 6
• Strony: 29--31
• Opis fizyczny: bibliogr. 17 poz.

Twórcy

autor

Majewska Z.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

autor

Mortimer Z.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

Bibliografia

• [1] Abarbanel H.D.I. 1996: Analysis o f Observed Chaotic Data, Springer Verlag, Basel.
• [2] Baker G L. i G ollub J.P. 1998: Wstęp do dynamiki układów chaotycznych, PWN, Warszawa.
• [3] Ceglarska-Stefańska, G. 1994: E ffect o f G as P ressure in Methane Induced Swelling on the Porous Structure o f Coals.; Studies in Surface Science and Catalysis, Vol. 87, 671-677.
• [4] Ceglarska-Stefańska, G. and Czapliński, A. 1993: Correlation between Sorption and Dilatometric Processes in Hard Coals Fuel,Vol. 72,413-417.
• [5] Grassberger Р., Procaccia I. 1983: Measuring the Strangeness of Strange Attractors. Physica 9D, 189-208.
• [6] Haenel, M. 1992: Recent Progress in Coal Structure Research, Fuel, Vol. 71, 1211-1222.
• [7] Hall, P, Thomas, K., and Marsh, H. 1992: The Relation between Coal Macromolecular Structure and Solvent Diffusion Mechanisms, Fuel, Vol. 71,1271-1275.
• [8] HirataT. 1987 : J. Geophys. Res., Vol.92, 6215-6221.
• [9] Itakura k., Sato K., Nagano K., and Kusano Y. 1994 : Progress in Acoustic Emission VII, JSNDI, 255-260.
• [10] Majewska Z, Mortimer Z. 1998 : Fractal description of acoustic emission produced in systems: coal-gas and coal w ater W: Progress in Acoustic Emission IX Transition in AE for the 21 Century, Proc. o f International A coustic Emission Conference 109-118.
• [11] Majewska Z., Mortimer Z. 2000: Studies of the non-linear dynamics of acoustic emission generated in rocks. Journal of Acoustic Emission, Vol. 18, 1-7 (Published by Acoustic Emission Group, Los Angeles, CA, USA).
• [12] Majewska Z., Mortimer Z. 2001: Chaotic behavior o f acoustic emission generated in materials under stress. In: Rockburst and Seismicity in Mines-RaSiM5. South African Institute of Mining and Metallurgy, 181-190.
• [14] Milewska-Duda, J. 1993: The Coal-Sorbate System in the Light of the Theory of Polymer Solutions, Fuel, Vol. 72, 419-425.
• [13] Mortimer, Z. i Cichy A. 2001: Nonlinear dynamics parameters estimated from the induced seismicity in Polish coal mines. Acta Geophysica Polonica, Vol. XLIX, No. 3, 303-316
• [15] Milewska-Duda, J., and Duda, J. 1993: Mathematical Modeling of the Sorption Process in Porous Elastic Materials, Langmuir Vol. 9, 3558-3566.
• [16] Smirnov V. B., Ponomarev A. V., and Zavyalov A.D . 1995: Physics of the Earth, Vol. 1, 38-58, (in russion).
• [17] Wawersik W. R. and Fairhurst С 1970: A study o f brittle rock fracture in laboratory compression experiments. Int. J. of Rock Mech. Min. Sci., Vol. 7, 561-575.