应力波在弹塑性煤岩体中传播衰减规律研究

摘要

声发射预测煤岩动力灾害技术是非接触式预测预报技术发展的一个趋势。论文在老虎台煤矿83001＃二期工作面进行的声发射预测冲击地压现场试验的基础上，综合运用理论分析、数值模拟及实验室实验等研究方法，着重研究了声发射应力波在煤岩体和波导器中的传播衰减规律：
　　（1）根据现场煤岩动力灾害声发射信号的产生机制，假定煤岩体为无限弹性体，采用声发射球形传播模型描述了应力波的传播过程，并且推导了从AE源激发出的AE应力波的波动方程，分析了AE应力波的传播衰减特性；根据用于描述应力波在介质中传播的品质因子Q理论，推导了应力波的传播衰减方程，得出应力波的振幅以负指数形式衰减。
　　（2）建立了煤岩体弹性和弹塑性介质模型，采用国际通用的有限元动力学分析软件ANSYS/LS-DYNA对煤岩体中应力波的传播进行模拟得出，声发射应力波在弹塑性模型中衰减的比在弹性模型中的快，但是总体变化趋势是一致的，即随着传播距离的增大，加速度幅值均呈负指数关系衰减。
　　（3）利用ANSYS/LS-DYNA软件对巷道松动圈内外应力波的传播过程进行模拟，模拟结果结合品质因子Q理论可知必须将波导器固定端设置在原始弹性区内。
　　（4）从数值模拟和实验室实验两个方面研究了声发射应力波在波导器中的传播衰减规律。当波导器直径在5mm~40mm范围内对声发射应力波传播影响不大；长度大于1m的波导器加速度幅值绝对值整体上呈负指数形式衰减。

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1 绪论

1.1 课题的提出及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题的主要研究内容、研究方法与技术路线

1.4 课题研究的创新性

2 声发射监测冲击地压的现场试验研究

2.1 声发射监测冲击地压项目概况

2.2声发射传感器安装工艺

2.3 声发射指标的数据处理方法

2.4 声发射监测冲击地压效果

2.5 传感器安装方式对声发射信号接收的影响

2.6 本章小结

3 煤岩体声发射应力波传播规律的理论研究

3.1煤岩体声发射的球面波传播理论

3.2 品质因子Q理论

3.3 本章小结

4 煤岩体声发射应力波传播衰减规律的数值模拟

4.1 弹性介质模型的声发射应力波传播衰减的数值模拟

4.2 弹塑性介质模型的声发射应力波传播衰减数值模拟

4.3 巷道松动圈内外声发射应力波传播规律的数值模拟

4.4 本章小结

5 波导器中声发射应力波的传播衰减规律研究

5.1 声发射应力波在波导器内传播的数值模拟

5.2 波导器中声发射传播衰减规律的实验室实验

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间发表的论文