【摘要】：煤巖體在成形過程中受各類地質(zhì)因素的作用使其內(nèi)部含有大量節(jié)理、裂隙和孔隙等缺陷,嚴(yán)重影響了煤巖體的物理力學(xué)特性。針對(duì)巖石、煤體而言,其內(nèi)部缺陷無論尺寸大小都會(huì)對(duì)地震波或超聲波的傳播產(chǎn)生影響。因此,通過開展超聲波在含孔洞缺陷煤樣中傳播特性的規(guī)律研究,對(duì)地震波探測(cè)礦井采空區(qū)域或廢棄礦井巷道、溶洞等,具有一定的參考應(yīng)用價(jià)值。本文采用數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)室測(cè)試相對(duì)比的研究方式對(duì)超聲波在含孔洞缺陷煤樣中的傳播特性進(jìn)行了較為細(xì)致地研究。首先,在常溫常壓條件下分別對(duì)無孔洞煤樣和含孔洞缺陷煤樣進(jìn)行超聲波聲學(xué)參數(shù)的測(cè)試;其次,采用有限元軟件ANSYS18.0對(duì)超聲波在有無孔洞缺陷煤樣中的傳播分別進(jìn)行數(shù)值模擬,將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析,得出超聲波在含孔洞缺陷煤樣中傳播的衰減規(guī)律;最后,運(yùn)用數(shù)值模擬手段對(duì)超聲波在單一條件下含孔洞煤樣中的傳播特性展開了具體研究。通過對(duì)含孔洞缺陷煤樣中超聲波傳播特性的研究,得出以下主要結(jié)論:(1)煤樣孔洞傾斜角度在0~90度范圍內(nèi),隨著傾斜角度的增加,衰減系數(shù)呈線性增加趨勢(shì),與透射系數(shù)變化趨勢(shì)完全相反。(2)煤樣打孔后縱波波速和首波幅值均減小,且首波幅值的減小速率較縱波波速減小速率大,即煤樣中不同傾斜角度孔洞對(duì)超聲波的動(dòng)力學(xué)特征參數(shù)(幅值和衰減系數(shù))的影響遠(yuǎn)大于對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)特征(速度)的影響;另外發(fā)現(xiàn)孔洞傾斜角度對(duì)橫波波速的影響較大。(3)在三維模擬結(jié)果云圖中發(fā)現(xiàn),超聲波在含有孔洞缺陷的煤樣中傳播中出現(xiàn)了反射、散射和繞射現(xiàn)象。(4)在同角度同頻率不同孔徑條件下,頻率為50KHz的超聲波透過含有圓形孔洞的煤樣時(shí),能檢測(cè)到的最大孔徑橫軸直徑約是54.6mm,另外發(fā)現(xiàn)孔徑越大,衰減越厲害。
【圖文】：

加工硬度的需要，本實(shí)驗(yàn)所用煤樣均采自按照國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)下井到開采工作面現(xiàn)場(chǎng)在實(shí)驗(yàn)室中，先將其置于巖石取芯機(jī)（圖樣晃動(dòng)，造成取樣失敗需用固定架將其壓樣垂直層理方向加工直徑為 50mm±1mm 石機(jī)（圖 3-3）將上述鉆取后直徑為 50mmm 的煤樣，，在鉆取煤柱過程中盡量保持均證超聲波測(cè)試時(shí)煤柱上下端面與超聲波換煤樣上下端面打磨光滑。精心挑選無明顯要在恒溫干燥箱內(nèi)（見圖 3-5）對(duì)煤樣進(jìn)響[81]。

圖 3-2 巖石取芯機(jī) 圖 3-3 巖石雙面自動(dòng)磨石機(jī)Fig.3-2 Rock coring machine Fig.3-3 Rock double-sided automatic gr圖 3-4 實(shí)驗(yàn)煤樣Fig.3-4 Experimental coal sample
【學(xué)位授予單位】：河南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TD163.1

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本文編號(hào)：2640227