【摘要】：近些年,隨著煤炭資源轉(zhuǎn)入深部開采,加之我國煤層地質(zhì)條件復(fù)雜,煤層地應(yīng)力和瓦斯壓力增大,以煤與瓦斯突出為主的煤巖動力災(zāi)害現(xiàn)象顯現(xiàn)頻繁。研究結(jié)果表明,受載煤巖破裂過程能夠產(chǎn)生明顯的次聲信號,次聲波技術(shù)可能成為礦井煤巖動力災(zāi)害最有前途的監(jiān)測預(yù)警的新方法之一。次聲波在煤礦井下的傳播介質(zhì)主要是煤巖層,煤巖層的復(fù)雜性致使次聲波在傳播過程中發(fā)生衰減,降低次聲波監(jiān)測應(yīng)用的精度,而且次聲波傳播的有效距離還有待驗證。因此,開展煤巖破裂次聲波在煤巖層中傳播規(guī)律研究是十分必要的。本論文采取實驗室實驗和數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法對煤巖破裂次聲波傳播規(guī)律進行研究。通過對煤樣進行單軸壓縮試驗,采用次聲信號監(jiān)測系統(tǒng)對煤樣在變形破裂過程中產(chǎn)生的信號進行實時采集。借助小波包變換信號分析方法分析信號的能量分布特征,分析煤樣破裂次聲信號的頻率分布范圍,確定數(shù)值模擬的波源主頻。借助基于應(yīng)力-應(yīng)變法的低頻巖石測試系統(tǒng),對煤樣在不同頻率條件下的次聲波波速及衰減參數(shù)進行測量,確定實際煤巖層的理論模型參數(shù)�？紤]煤的粘彈性,推導(dǎo)粘彈介質(zhì)波動方程,采用交錯網(wǎng)格有限差分法編寫其MATLAB程序,數(shù)值模擬煤巖破裂次聲波在實際煤巖層中的傳播,分析衰減規(guī)律。主要研究成果如下:(1)煤樣破裂過程能夠產(chǎn)生明顯的次聲波信號,并且與應(yīng)力在時間上有很好的對應(yīng)關(guān)系。小波包變換可將信號精細分割成各個頻帶,可起到濾波的作用。煤樣破裂次聲波信號頻率在0~20Hz均有分布,但主要分布在3.125Hz~12.5Hz與18.75Hz~21.875Hz。(2)煤樣的縱波波速、橫波波速和衰減1/Q不具有頻率相關(guān)性。其中,楊氏模量約為9.7GPa;泊松比約為0.28;縱波波速約為2882m/s;橫波波速約為1576m/s;衰減1/Q約為0.05。(3)PML邊界能夠很好的吸收到達邊界波的能量,避免了人為邊界導(dǎo)致的反射。彈性波波動方程只存在球面衰減,相較粘彈性波波動方程還存在粘彈衰減,更加符合實際煤巖層。(4)次聲波在煤層中的衰減主要分為球面波衰減和粘彈衰減,并與傳播距離呈冪函數(shù)的關(guān)系。次聲波在煤巖層中的衰減除球面波衰減和粘彈衰減外,還包括煤層和巖層分層的界面衰減。次聲波技術(shù)可以應(yīng)用于煤礦井下和地面的長距離同時監(jiān)測。
【圖文】：

號處理方法分析煤巖破裂次聲波擬提供波源主頻。-應(yīng)變法的低頻巖石測試系統(tǒng)測量確定煤巖的理論模型參數(shù)。介質(zhì)理論，推導(dǎo)粘彈性介質(zhì)波動方介質(zhì)波動方程數(shù)值模擬的 MATLA供的參數(shù)，數(shù)值模擬煤巖破裂次聲減規(guī)律。-1。

相關(guān)研究證實，受載煤巖破裂過程中能夠產(chǎn)生明顯的次聲信號，，并提出次技術(shù)可成為預(yù)警監(jiān)測礦井煤巖動力災(zāi)害的新方法。基于此，本文進行煤巖破聲波的傳播規(guī)律研究。次聲波傳播研究的關(guān)鍵參數(shù)就是頻率，不同頻率的次在煤巖體中傳播規(guī)律不同。因此，確定煤巖破裂產(chǎn)生的次聲波信號的頻率特要。本章通過對煤樣進行單軸壓縮實驗，采用次聲信號監(jiān)測系統(tǒng)對煤樣在變裂過程中產(chǎn)生的信號進行實時采集。借助小波包變換信號分析方法分析信號量分布特征，確定其頻率特征。.1 試樣制備與實驗系統(tǒng).1.1 試樣制備根據(jù)前期的實驗研究和論文實驗要求，選取焦煤集團趙固二礦的具有代表無煙煤為實驗對象。
【學(xué)位授予單位】：河南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TD326

【參考文獻】

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本文編號：2702865