CN106018558B - 一种基于多场耦合的煤样横波波速探测装置及方法 - Google Patents
一种基于多场耦合的煤样横波波速探测装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106018558B CN106018558B CN201610324336.2A CN201610324336A CN106018558B CN 106018558 B CN106018558 B CN 106018558B CN 201610324336 A CN201610324336 A CN 201610324336A CN 106018558 B CN106018558 B CN 106018558B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- shear
- coal sample
- wave
- shear wave
- cabinet
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000003245 coal Substances 0.000 title claims abstract description 89
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 81
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 16
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 6
- 238000012216 screening Methods 0.000 claims description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 2
- 238000007373 indentation Methods 0.000 claims 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 7
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 5
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 2
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 2
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 2
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
- G01N29/07—Analysing solids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V9/00—Prospecting or detecting by methods not provided for in groups G01V1/00 - G01V8/00
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/01—Indexing codes associated with the measuring variable
- G01N2291/011—Velocity or travel time
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
- G01N2291/023—Solids
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/04—Wave modes and trajectories
- G01N2291/042—Wave modes
- G01N2291/0422—Shear waves, transverse waves, horizontally polarised waves
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于多场耦合的煤样横波波速探测装置及方法,所述高压瓦斯气瓶设置在箱体外侧且通过增/减压阀与箱体内部贯通连接;所述煤样放置台固定在箱体内底部,与煤样放置台相对应的箱体顶部开设有通孔,所述通孔上设有与其相适应的密封活塞;所述横波激发探头和横波接收探头对称设置在箱体内部,横波激发探头和横波接收探头分别通过弹簧支撑杆与箱体内侧壁连接;所述横波探测仪通过连接线分别与横波激发探头和横波接收探头电连接。能够模拟深部地下煤体的实际情况,从而得出地应力、瓦斯压力及煤物理力学性质三因素耦合影响下波速响应特性;同时采用横波进行探测,其具有弱衰减的优势,横波信号信噪比更高,提高测量准确度。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤样波速探测装置及方法,具体是一种基于多场耦合的煤样横波波速探测装置及方法。
背景技术
近几年,煤矿瓦斯事故逐年大幅度下降,但瓦斯重大事故起数和死亡总人数,依旧占总事故起数和死亡人数之最,瓦斯防治是煤矿安全生产工作的重中之重;特别是我国煤矿开采深度逐年加大,目前国内采深超过千米的煤矿有47座,且主要分布在华东等重点煤炭基地区域。煤矿开采深度的加大导致地应力增加,煤层原始瓦斯压力增大,低强度的构造煤体突出危险性也在逐步增大,导致煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害频发,严重制约煤矿安全高效生产。
利用主动地震探测技术为煤与瓦斯突出预防提供指标参数是深部煤层安全开采基础研究的发展方向。煤体内的波速测量是主动地震探测的一个关键属性参数,地应力、瓦斯压力及煤物理力学性质是煤与瓦斯突出决定性的三因素,故利用主动地震探测技术为煤与瓦斯突出预防提供指标参数必须***研究地应力、瓦斯压力及煤物理力学性质三因素耦合影响下波速响应特性。目前,相关学者考虑单因素较多,如不同应力条件下煤样波速响应特征、不同物理力学性质煤样波速响应特征,缺乏三因素条件下的波速响应特征,研究结果存在局限性,不能很好的模拟深部地下煤体的实际情况;而且目前的研究主要为纵波波速;纵波易衰减,且纵波信号的信噪比较低,对测量准确度有影响。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题,本发明提供一种基于多场耦合的煤样横波波速探测装置及方法,能够模拟深部地下煤体的实际情况,从而得出地应力、瓦斯压力及煤物理力学性质三因素耦合影响下波速响应特性;同时采用横波进行探测,其具有低频弱衰减的优势,横波信号信噪比更高,提高测量准确度。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:该基于多场耦合的煤样横波波速探测装置,包括箱体、高压瓦斯气瓶、煤样放置台、横波激发探头、横波接收探头和横波探测仪,
所述高压瓦斯气瓶设置在箱体外侧且通过增/减压阀与箱体内部贯通连接;
所述煤样放置台固定在箱体内底部,与煤样放置台相对应的箱体顶部开设有通孔,所述通孔上设有与其相适应的密封活塞;
所述横波激发探头和横波接收探头对称设置在箱体内部,横波激发探头和横波接收探头分别通过弹簧支撑杆与箱体内侧壁连接;
所述横波探测仪通过连接线分别与横波激发探头和横波接收探头电连接。
进一步,所述弹簧支撑杆为强衰减弹簧支撑杆;采用强衰减弹簧支撑杆可避免发射的横波通过弹簧支撑杆向***传播,保证获取的信号传播路径是横波激发探头通过煤样透射到直达横波接收探头,从而提高横波测量的准确度。
一种基于多场耦合的煤样横波波速探测方法,具体步骤为:
A、选择多个相互之间具有不同物理力学性质的煤样(如硬度不同的煤体),作为待测煤样;
B、将步骤A中的一个待测煤样通过箱体顶部的通孔放置在箱体内部的煤样放置台上,横波激发探头和横波接收探头通过弹簧支撑杆对称贴合在待测煤样的两侧;
C、将密封活塞通过通孔压入箱体内,使其底端与待测煤样的上端相接触;
D、对密封活塞的顶部进行应力加载,使密封活塞对待测煤样施加应力,同时通过增/减压阀向箱体内部充入瓦斯气体,横波探测仪使横波激发探头发出横波,横波经过待测煤样后被横波接收探头检测并回传横波探测仪进行记录;
E、通过调节加载的应力大小及箱体内部充入瓦斯气体的压力大小,横波探测仪可记录在各种参数下,该待测煤样的横波波速变化情况;
F、完成后,先将瓦斯气体卸载,进而打开密封活塞,取出已测量的煤样,然后重复步骤B~E;
G、将各种参数下,各个煤样的横波波速变化情况采用单变量逐一筛选法进行分析,最终得出物理力学性质、应力加载及瓦斯压力对横波波速在煤样内传播的影响情况。
与现有技术相比,本发明通过调节加载的应力大小与瓦斯压力大小以及更换不同物理力学性质的煤体的试验条件,可整体地考虑煤与瓦斯突出决定性的三因素影响下横波波速特性,为煤与瓦斯突出预防提供基础性技术指导;另外由于采用横波进行探测,其具有低频弱衰减的优势,横波信号信噪比更高,提高测量准确度。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中:1、密封活塞,2、箱体,3、增/减压阀,4、高压瓦斯气瓶,5、横波接收探头,6、煤样放置台,7、横波激发探头,8、弹簧支撑杆,9、横波探测仪。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
如图1所示,本发明的装置包括箱体2、高压瓦斯气瓶4、煤样放置台6、横波激发探头7、横波接收探头5和横波探测仪9,
所述高压瓦斯气瓶4设置在箱体2外侧且通过增/减压阀3与箱体2内部贯通连接;
所述煤样放置台6固定在箱体2内底部,与煤样放置台6相对应的箱体2顶部开设有通孔,所述通孔上设有与其相适应的密封活塞1;
所述横波激发探头7和横波接收探头5对称设置在箱体2内部,横波激发探头7和横波接收探头5分别通过弹簧支撑杆8与箱体2内侧壁连接;
所述横波探测仪9通过连接线分别与横波激发探头7和横波接收探头5电连接。
作为本发明的一种改进,所述弹簧支撑杆8为强衰减弹簧支撑杆;采用强衰减弹簧支撑杆可避免发射的横波通过弹簧支撑杆8向***传播,保证获取的信号传播路径是横波激发探头7通过煤样透射到直达横波接收探头5,从而提高横波测量的准确度。
本发明的方法具体步骤为:
A、选择多个相互之间具有不同物理力学性质的煤样(如硬度不同的煤体),作为待测煤样;
B、将步骤A中的一个待测煤样通过箱体2顶部的通孔放置在箱体2内部的煤样放置台6上,横波激发探头7和横波接收探头5通过弹簧支撑杆8对称贴合在待测煤样的两侧;
C、将密封活塞1通过通孔压入箱体2内,使其底端与待测煤样的上端相接触;
D、对密封活塞1的顶部进行应力加载,使密封活塞1对待测煤样施加应力,同时通过增/减压阀3向箱体2内部充入瓦斯气体,横波探测仪9使横波激发探头7发出横波,横波经过待测煤样后被横波接收探头5检测并回传横波探测仪9进行记录;
E、通过调节加载的应力大小及箱体2内部充入瓦斯气体的压力大小,横波探测仪9可记录在各种参数下,该待测煤样的横波波速变化情况;
F、完成后,先将瓦斯气体卸载,进而打开密封活塞1,取出已测量的煤样,然后重复步骤B~E;
G、将各种参数下,各个煤样的横波波速变化情况采用单变量逐一筛选法进行分析,最终得出物理力学性质、应力加载及瓦斯压力对横波波速在煤样内传播的影响情况。
Claims (2)
1.一种基于多场耦合的煤样横波波速探测方法,其特征在于,采用的煤样横波波速探测装置包括箱体(2)、高压瓦斯气瓶(4)、煤样放置台(6)、横波激发探头(7)、横波接收探头(5)和横波探测仪(9),所述高压瓦斯气瓶(4)设置在箱体(2)外侧且通过增/减压阀(3)与箱体(2)内部贯通连接;所述煤样放置台(6)固定在箱体(2)内底部,与煤样放置台(6)相对应的箱体(2)顶部开设有通孔,所述通孔上设有与其相适应的密封活塞(1);所述横波激发探头(7)和横波接收探头(5)对称设置在箱体(2)内部,横波激发探头(7)和横波接收探头(5)分别通过弹簧支撑杆(8)与箱体(2)内侧壁连接;所述横波探测仪(9)通过连接线分别与横波激发探头(7)和横波接收探头(5)电连接;具体步骤为:
A、选择多个相互之间具有不同物理力学性质的煤样,作为待测煤样;
B、将步骤A中的一个待测煤样通过箱体(2)顶部的通孔放置在箱体(2)内部的煤样放置台(6)上,横波激发探头(7)和横波接收探头(5)通过弹簧支撑杆(8)对称贴合在待测煤样的两侧;
C、将密封活塞(1)通过通孔压入箱体(2)内,使其底端与待测煤样的上端相接触;
D、对密封活塞(1)的顶部进行应力加载,同时通过增/减压阀(3)向箱体(2)内部充入瓦斯气体,横波探测仪(9)使横波激发探头(7)发出横波,横波经过待测煤样后被横波接收探头(5)检测并回传横波探测仪(9)进行记录;
E、通过调节加载的应力大小及箱体(2)内部充入瓦斯气体的压力大小,横波探测仪(9)可记录在各种参数下,该待测煤样的横波波速变化情况;
F、完成后,先将瓦斯气体卸载,进而打开密封活塞(1),取出已测量的煤样,然后重复步骤B~E;
G、将各种参数下,各个煤样的横波波速变化情况采用单变量逐一筛选法进行分析,最终得出物理力学性质、应力加载及瓦斯压力对横波波速在煤样内传播的影响情况。
2.根据权利要求1所述的一种基于多场耦合的煤样横波波速探测方法,其特征在于,所述弹簧支撑杆(8)为强衰减弹簧支撑杆。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610324336.2A CN106018558B (zh) | 2016-05-16 | 2016-05-16 | 一种基于多场耦合的煤样横波波速探测装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610324336.2A CN106018558B (zh) | 2016-05-16 | 2016-05-16 | 一种基于多场耦合的煤样横波波速探测装置及方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN106018558A CN106018558A (zh) | 2016-10-12 |
CN106018558B true CN106018558B (zh) | 2019-08-27 |
Family
ID=57098452
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201610324336.2A Active CN106018558B (zh) | 2016-05-16 | 2016-05-16 | 一种基于多场耦合的煤样横波波速探测装置及方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN106018558B (zh) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108982672B (zh) * | 2018-09-12 | 2020-10-02 | 中国矿业大学 | 一种气固耦合的煤样波速各向异性探测装置及方法 |
CN109001812B (zh) * | 2018-09-12 | 2020-10-30 | 中国矿业大学 | 一种真三轴气液固耦合煤样波速各向异性探测装置及方法 |
CN109187760A (zh) * | 2018-09-12 | 2019-01-11 | 中国矿业大学 | 一种真三轴气固耦合煤样滞弹性各向异性探测装置及方法 |
CN111025383B (zh) * | 2019-11-21 | 2021-09-24 | 徐州工程学院 | 一种基于绕射横波定性判断隧道前方溶洞充水情况的方法 |
CN112684504B (zh) * | 2020-12-03 | 2021-09-03 | 中国矿业大学 | 一种基于全散射模型的城市地下空洞快速探测方法 |
CN113884577B (zh) * | 2021-09-28 | 2022-11-01 | 西安科技大学 | 一种富油煤热解实时监测的装置和方法 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
UA78541C2 (en) * | 2004-07-22 | 2007-04-10 | Taras Shevchenko Kyiv Nat Univ | Method of acoustic analysis of material structure |
CN201266174Y (zh) * | 2008-08-22 | 2009-07-01 | 重庆大学 | 含瓦斯煤岩细观力学试验*** |
CN102621232A (zh) * | 2012-03-27 | 2012-08-01 | 重庆大学 | 多场耦合煤矿动力灾害大型模拟试验*** |
CN103412054A (zh) * | 2013-07-26 | 2013-11-27 | 中国矿业大学 | 煤岩单轴压缩声发射试验的传感器固定试验架及使用方法 |
CN104297069A (zh) * | 2014-10-21 | 2015-01-21 | 安徽理工大学 | 含瓦斯煤体水力压裂诱导动态损伤模拟监测装置及方法 |
CN104502453A (zh) * | 2014-12-17 | 2015-04-08 | 河南理工大学 | 含瓦斯煤岩试样纵波测试装置 |
CN105092699A (zh) * | 2014-05-20 | 2015-11-25 | 中国石油化工股份有限公司 | 岩石超声波测试***及高温高压三分量超声探头制作方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103399014A (zh) * | 2013-08-07 | 2013-11-20 | 重庆大学 | 一种含瓦斯煤岩真三轴细观力学试验*** |
-
2016
- 2016-05-16 CN CN201610324336.2A patent/CN106018558B/zh active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
UA78541C2 (en) * | 2004-07-22 | 2007-04-10 | Taras Shevchenko Kyiv Nat Univ | Method of acoustic analysis of material structure |
CN201266174Y (zh) * | 2008-08-22 | 2009-07-01 | 重庆大学 | 含瓦斯煤岩细观力学试验*** |
CN102621232A (zh) * | 2012-03-27 | 2012-08-01 | 重庆大学 | 多场耦合煤矿动力灾害大型模拟试验*** |
CN103412054A (zh) * | 2013-07-26 | 2013-11-27 | 中国矿业大学 | 煤岩单轴压缩声发射试验的传感器固定试验架及使用方法 |
CN105092699A (zh) * | 2014-05-20 | 2015-11-25 | 中国石油化工股份有限公司 | 岩石超声波测试***及高温高压三分量超声探头制作方法 |
CN104297069A (zh) * | 2014-10-21 | 2015-01-21 | 安徽理工大学 | 含瓦斯煤体水力压裂诱导动态损伤模拟监测装置及方法 |
CN104502453A (zh) * | 2014-12-17 | 2015-04-08 | 河南理工大学 | 含瓦斯煤岩试样纵波测试装置 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
含瓦斯煤体声发射应力波传播规律理论研究;文光才 等;《煤炭学报》;20080331;第33卷(第3期);第295-298页 * |
煤岩破裂声发射实验研究及RS统计分析;王恩元 等;《煤炭学报》;19990630;第24卷(第3期);第270-271页第1节 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN106018558A (zh) | 2016-10-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106018558B (zh) | 一种基于多场耦合的煤样横波波速探测装置及方法 | |
CN106759216B (zh) | 一种兼具动力触探与静力触探的贯入仪及其测量方法 | |
CN108303510A (zh) | 页岩气储层性能的评价方法、装置及计算机存储介质 | |
CN102305829A (zh) | 岩石三轴压缩声发射试验*** | |
CN103513280B (zh) | 一种微地震监测模拟*** | |
CN105092699A (zh) | 岩石超声波测试***及高温高压三分量超声探头制作方法 | |
CN105092815B (zh) | 一种模拟储层条件的岩石声学和电学参数联合测试装置 | |
AU2014407527B2 (en) | Integrating vertical seismic profile data for microseismic anisotropy velocity analysis | |
CN201381802Y (zh) | 钻触震综合勘探仪 | |
CN105719433A (zh) | 一种基于孔内地震波的超前预报方法 | |
CN110244354A (zh) | 一种金属矿山地下开采扰动应力场定量动态反演方法 | |
CN105735971A (zh) | 一种基于弹性波的钻孔深度检测***及其检测方法 | |
CN106168677A (zh) | 一种页岩中总有机碳含量的识别方法 | |
RU2608636C1 (ru) | Устройство для определения плотности без источника, способы и системы | |
CN109883921A (zh) | 砾岩岩石增渗测量***及方法 | |
CN106053607B (zh) | 一种三因素影响作用下的煤样超声波主频探测装置及方法 | |
CN205080268U (zh) | 以动探为震源的地震波测试*** | |
Riggs | Seismic wave types in a borehole | |
CN204126629U (zh) | π成像测井*** | |
CN206378611U (zh) | 一种原位立体勘探设备 | |
CN109342204A (zh) | 一种棒状非金属材料试块综合检测装置 | |
Sagong et al. | Cross-hole seismic technique for assessing in situ rock mass conditions around a tunnel | |
CN211174083U (zh) | 一种触探试验设备及其触探试验记录仪 | |
CN106547035B (zh) | 一种原位立体勘探设备及其勘探方法 | |
CN207194821U (zh) | 一种供应水井钻机 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |