含孔洞缺陷煤样超声波传播特性研究

发布时间：2020-04-25 12:08

【摘要】：煤岩体在成形过程中受各类地质因素的作用使其内部含有大量节理、裂隙和孔隙等缺陷,严重影响了煤岩体的物理力学特性。针对岩石、煤体而言,其内部缺陷无论尺寸大小都会对地震波或超声波的传播产生影响。因此,通过开展超声波在含孔洞缺陷煤样中传播特性的规律研究,对地震波探测矿井采空区域或废弃矿井巷道、溶洞等,具有一定的参考应用价值。本文采用数值模拟和实验室测试相对比的研究方式对超声波在含孔洞缺陷煤样中的传播特性进行了较为细致地研究。首先,在常温常压条件下分别对无孔洞煤样和含孔洞缺陷煤样进行超声波声学参数的测试;其次,采用有限元软件ANSYS18.0对超声波在有无孔洞缺陷煤样中的传播分别进行数值模拟,将模拟结果与实验结果对比分析,得出超声波在含孔洞缺陷煤样中传播的衰减规律;最后,运用数值模拟手段对超声波在单一条件下含孔洞煤样中的传播特性展开了具体研究。通过对含孔洞缺陷煤样中超声波传播特性的研究,得出以下主要结论:(1)煤样孔洞倾斜角度在0~90度范围内,随着倾斜角度的增加,衰减系数呈线性增加趋势,与透射系数变化趋势完全相反。(2)煤样打孔后纵波波速和首波幅值均减小,且首波幅值的减小速率较纵波波速减小速率大,即煤样中不同倾斜角度孔洞对超声波的动力学特征参数(幅值和衰减系数)的影响远大于对运动学特征(速度)的影响;另外发现孔洞倾斜角度对横波波速的影响较大。(3)在三维模拟结果云图中发现,超声波在含有孔洞缺陷的煤样中传播中出现了反射、散射和绕射现象。(4)在同角度同频率不同孔径条件下,频率为50KHz的超声波透过含有圆形孔洞的煤样时,能检测到的最大孔径横轴直径约是54.6mm,另外发现孔径越大,衰减越厉害。
【图文】：

加工硬度的需要，本实验所用煤样均采自按照国家有关标准下井到开采工作面现场在实验室中，先将其置于岩石取芯机（图样晃动，造成取样失败需用固定架将其压样垂直层理方向加工直径为 50mm±1mm 石机（图 3-3）将上述钻取后直径为 50mmm 的煤样，，在钻取煤柱过程中尽量保持均证超声波测试时煤柱上下端面与超声波换煤样上下端面打磨光滑。精心挑选无明显要在恒温干燥箱内（见图 3-5）对煤样进响[81]。

图 3-2 岩石取芯机 图 3-3 岩石双面自动磨石机Fig.3-2 Rock coring machine Fig.3-3 Rock double-sided automatic gr图 3-4 实验煤样Fig.3-4 Experimental coal sample
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD163.1

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本文编号：2640227