超磁致伸缩声波震源的时频特征与实测研究

宽频带、大功率、短余振声波震源是高分辨率探测大尺度复杂结构体的关键技术，为了解决探测距离与其分辨率的矛盾问题，采用超磁致伸缩材料制作的声波发射器作为震源，研制了一种新的声波探测仪器。该震源中心频率为5 kHz，激励电压300~600 V，具有辐射声功率大、余振短（3.5个周期）、频带宽（1~3 kHz）的特性；其最大的优点是每次激发的声波信号一致性好，可以采用单点多次激发，通过多次叠加的数据处理技术提高信噪比，较好地解决了声波探测距离与分辨率的矛盾，并成功地应用于煤矿采场顶煤厚度探测。现场探测结果表明:大功率声波探测系统能够有效提取4~7 m煤岩交界面的反射波信号，借助于小波多分辨分析信号处理方法，有效地提高了采场顶煤厚度探测的精度及其可靠性，为顶煤厚度精确探测提供了一条有效途径。      

煤岩动静力学参数关系试验研究

煤岩的动、静力学参数关系的试验研究,对研究煤岩的位移和变形特征及工程支护设计具有重要意义。将取自新河煤矿3煤的煤样加工成Φ50 mm×100 mm的圆柱体标准试件;采用500 kHz频率的纵横波换能器分别进行纵横波速度测试;在MTS815.03电液伺服试验机上进行单轴压缩试验,得到静态弹性模量和泊松比。试验结果表明:煤岩动弹性模量与横波速度相关性强于与纵波速度的相关性,煤岩介质的纵波对孔隙和裂隙发育程度的敏感程度要比横波高;煤岩试件Ed/Es比值主要集中在1.4~1.7,室内煤岩试件动、静弹性模量和动静泊松比之间存在较好的线性相关关系。      

工作面电磁波高精度层析成像及其应用

介绍了工作面电磁波透视法(简称坑透)高精度层析成像计算原理和工作方法,并结合电磁波衰减特征和应用实际,探讨了不同地质异常的解释方法。实践证明,坑透高精度CT技术应用大大提高了资料解释的精确度和可信度,增强了异常的识别能力。      

基于波前最小走时单元的三角网射线追踪全局算法

为克服矩形网速度间断面及边界描述精度差的缺点,本文提出了一种基于波前最小走时单元的三角网射线追踪算法.该算法用三角单元剖分速度模型,把与波前面相邻、处于振动状态的三角单元称为波前单元,从源点所在单元开始构造由波前单元组成的波前单元域;1)选域中最小走时三角单元为当前单元;2)它先与相邻三角单元振动传递,再进行相邻单元各自内部节点的传递、并将处于振动状态的相邻单元扩展为波前单元;3)然后确认当前单元的振动状态、决定其在波前单元域中的去留,以此三步循环进行波前单元域的扩展及节点的最小走时和次级源搜索,直至波前单元域在剖分区域的消亡;最后利用各节点最小走时和次级源,通过最小走时搜索,拾取从接收点到源点的射线路径.数值模拟表明,该算法的模型剖分灵活性强,对速度间断面的描述准确,追踪结果精度高.     

"三软煤层"电磁波吸收特征分析

通过对梁家煤矿两个工作面的坑透试验研究,获得了“三软煤层”的电磁波吸收系数β;应用ＣＴ技术处理得到了工作面吸收色谱图,分析了“三软煤层裂隙、构造的吸收异常特征,取得了较好的地质效果。     

结构混凝土三角网声波层析成像检测技术

针对矩形网格模型的声波层析成像检测结构混凝土存在的主要问题:1)矩形网格无法充分模拟结构混凝土的速度间断面、2)射线追踪面临穿到凹多边形检测区域之外或穿越内部预留空洞的风险,本文研究了三角网声波层析成像检测技术.依据Delaunay三角剖分的优化准则,结合波前法对模型进行三角剖分;采用"基于波前最小走时单元的三角网射线追踪全局算法"计算声波初至时、追踪射线路径;应用代数重构技术求解层析成像反演控制方程,得到模型的速度分布.数值模拟及应用实例表明,三角网声波层析成像,模型参数化灵活、速度间断面描述准确,射线追踪可靠性强、精度高,反演成像分辨率高、更接近实际结构形态,适应具有复杂几何边界和内部结构的结构混凝土的质量检测.     

声波速度-频移衰减联合层析成像检测技术

混凝土构件中存在的诸如松散、空洞、缝隙夹层等缺陷,不仅造成声波速度的变化,而且对声波具有较强的吸收衰减作用,利用声波速度CT和衰减CT联合检测技术是检测混凝土构件工程质量的有效方法。介绍了声波速度CT检测原理和SIRT算法、接收波信号频移与介质衰减吸收系数的关系,导出了适用于CT成像反演算法的介质吸收因数沿射线路径的积分与频移参数的关系表达式。对存在松散和空洞缺陷的两种混凝土构件模型的声波检测结果,分别进行了速度CT和频移衰减CT处理,处理结果表明,声波速度和频移衰减联合层析成像检测技术能够获得更加准确可靠的检测效果。     

基于GA-BP神经网络算法的高密度电法非线性反演

高密度电法技术在煤矿地质灾害勘探中发挥着重要的作用。近年来,以BP（Backpropagation）神经网络为代表的一类非线性反演方法被广泛运用到高密度电法的反演中。针对BP神经网络方法在高密度电法反演中存在的易陷入局部极小、收敛缓慢、反演精度差等问题,将BP神经网络算法与遗传算法（Genetic Algorithm,简称GA算法）联合演算,实现高密度电法的二维非线性反演。通过典型地电模型对该方法进行验证,结果表明遗传算法能有效优化BP神经网络的权值和阈值,提高了算法的全局寻优性。      

巷道掘进中电阻率法超前探测原理与应用

通过建立超前探测实际地电模型,进行单极—偶极法理论视电阻率曲线的计算,探讨了巷道前方存在低阻地质异常体的电阻率响应特征,提出了工作方法和解释方法,结合具体实例介绍了应用效果。      

三角网最小走时射线追踪层析成像

针对层析成像模型矩形网格剖分存在的一些问题,提出了复杂结构三角网最小走时射线追踪层析成像方法。以Delaunay三角剖分的优化准则,根据模型点、线、面的几何结构关系,进行三角网格剖分;采用三角网波行面扩展法计算声波初至走时,追踪出任意接收点至激发点处的射线路径,射线路径包含了从接收点至源点的坐标、所在三角单元等信息,形成矩阵方程。应用稳定性较好的联合迭代重构技术求解矩阵方程,得到模型的速度分布。数值模拟结果表明,三角网射线层析成像方法分辨率高,成像结果更接近实际结构形态,有效地解决了矩形网剖分对复杂区域网格参数化灵活性差,速度界面描述精度低等问题。