基于DSP的微弱瓦斯信号检测的研究

为了更好地检测微弱瓦斯信号,在滤波的技术手段上加以改进,基于微弱信号的锁相放大检测原理,提出模拟电路滤波与数字滤波技术相结合的方法进行滤波.具体方法是采用相敏检波原理做前期滤波,再利用数字滤波器DSP的高速处理数据能力,通过具体的算法进行后期低通滤波.结果表明,该检测方法能实现更充分的滤波、甲烷气体浓度的实时检测,并达到测量的高稳定性和高灵敏度,使煤矿安全生产中的瓦斯事故得到很好的预防.     

单轴压缩条件下花岗岩次声波特性试验研究

为研究花岗岩变形破坏过程中次声波信号特征,对中细粒二长花岗岩进行了单轴压缩次声波试验,研究了岩石变形破坏过程中次声波振铃次数、能率特征,重点分析了不同应力水平下累计振铃次数变化规律,同时对次声波能率分形维数进行了研究。研究结果表明：次声波振铃次数与能率在应力峰值前均有突增现象;相对应力水平小于70%左右时,次声波累计振铃次数变化整体趋向平稳,相对应力水平大于70%左右时,累计振铃次数呈现明显上升趋势;次声波能率具有明显的分形特性,能率分形维数在相对应力水平87%~96%范围内降至最小值,这一现象可作为岩石破坏的前兆特征。     

单轴压缩条件下花岗岩次声波特性试验研究

为研究花岗岩变形破坏过程中次声波信号特征，对中细粒二长花岗岩进行了单轴压缩次声波试验，研究了岩石变形破坏过程中次声波振铃次数、能率特征，重点分析了不同应力水平下累计振铃次数变化规律，同时对次声波能率分形维数进行了研究。研究结果表明：次声波振铃次数与能率在应力峰值前均有突增现象；相对应力水平小于70%左右时，次声波累计振铃次数变化整体趋向平稳，相对应力水平大于70%左右时，累计振铃次数呈现明显上升趋势；次声波能率具有明显的分形特性，能率分形维数在相对应力水平87%~96%范围内降至最小值，这一现象可作为岩石破坏的前兆特征。     

采煤机牵引逆变器输出滤波电路的研究

PWM逆变器输出的电压波形一般含有较多的高次谐波,这对电机的运行产生了很大的干扰,严重时,会使电机运行故障。针对PWM逆变器谐波含量多、谐波次数较高的特点,采用2阶LC低通滤波,对输出的电压进行滤波,降低了输出波形的总的谐波含量值,对纹波有较好的抑制效果。分析了LC滤波器的谐振抑制问题,并给出了LC滤波电路的设计,在6 k W的采煤机牵引变频器样机上进行了实验研究,对输出波形进行了检测和分析。     

地震信号中长周期随机干扰的消除方法

本文主要提出两种消除数字地震信号中长周期随机干扰的方法：窄带低通波波对消法和自适应高通滤波法。通过使用多级抽点技术大大闰少滤波法的运算量,可获得良好的波波特性。最后对两种地对比讨论并给出实验结果。     

压应力作用不同裂纹分布下岩石破坏过程的数值模拟

应用岩石破裂失稳软件RFPA2D对压应力作用下裂纹岩石破坏进行数值模拟研究,针对裂纹的不同分布及裂纹对岩石试件破裂过程的影响,得出了不同裂纹分布的岩石破坏过程不同,裂纹离岩石试件边界越近,岩石越容易破裂且水平裂纹比竖直裂纹对岩石强度影响大;另外裂纹的走向对岩石试件影响也不同,裂纹走向为45°时,岩石强度最低,裂纹走向为90°时,岩石强度最大,裂纹走向为0°时,岩石强度居于中间。     

饱水粉砂岩破裂失稳过程中红外温度突变异常

岩石加载条件下微破裂的发育将引起岩石表面红外温度发生变化,临破裂岩石微破裂的加剧发育可能导致其红外温度发生突变异常。为从红外温度突变的角度探寻岩石受力灾变前兆,进行了粉砂岩单轴压缩红外-声发射实验,对热图像序列按1 s/帧进行重采样与差分处理,并从升温和降温2个过程、幅值和规模2个角度对受力岩石的红外温度突变特征进行研究。结果表明,临破裂粉砂岩存在红外温度突变异常前兆,包括突升异常、突降异常前兆与突变极值异常、突变点量异常前兆;对于低强度的粉砂岩,因张破裂较为发育而导致红外温度突降异常前兆的出现概率普遍高于突升异常前兆;突升异常、突降异常前兆之间具有负相关性,突变极值、突变点量异常前兆之间具有正相关性,4种形式的红外温度突变异常前兆既能相互补充,又能相互验证。     

含缺陷砂岩裂纹扩展特征试验与模拟研究

采用岩石力学伺服控制试验机和声发射仪,对含缺陷砂岩进行了单轴压缩试验,研究了岩石的裂纹扩展和声发射特征。同时采用岩石破裂过程分析系统进行了模拟研究,试验结果和模拟结果具有较好的一致性。在此基础上进行了多次重复模拟试验,探讨了材料非均质性对岩石裂纹扩展特征的影响。实验结果表明:岩石材料裂纹扩展特征与材料非均质性密切相关,主裂纹首先在裂隙尖端产生并沿垂直裂隙方向扩展,而后改沿最大主应力方向朝端部扩展,但此后的裂纹扩展方向不同,且主裂纹在各阶段扩展长度、速度不同;同时,次生裂纹参数(数量、长度、宽度、走向)存在差异。     

饱水粉砂岩破裂过程中红外温度突变异常

岩石加载条件下微破裂的发育将引起岩石表面红外温度发生变化,临破裂岩石微破裂的加剧发育可能导致其红外温度发生突变异常。为从红外温度突变的角度探寻岩石受力灾变前兆,进行了粉砂岩单轴压缩红外-声发射实验,对热图像序列按1 s/帧进行重采样与差分处理,并从升温和降温2个过程、幅值和规模2个角度对受力岩石的红外温度突变特征进行研究。结果表明,临破裂粉砂岩存在红外温度突变异常前兆,包括突升异常、突降异常前兆与突变极值异常、突变点量异常前兆;对于低强度的粉砂岩,因张破裂较为发育而导致红外温度突降异常前兆的出现概率普遍高于突升异常前兆;突升异常、突降异常前兆之间具有负相关性,突变极值、突变点量异常前兆之间具有正相关性,4种形式的红外温度突变异常前兆既能相互补充,又能相互验证。     

高应力巷(隧)道围岩破坏过程分析

运用岩石破裂过程分析系统RFPA对3种不同围岩情况下的高应力巷(隧)道围岩破裂演化过程进行了数值模拟,并对模拟结果做了对比分析。数值模拟结果表明,围岩特性对其破坏过程影响很大;围岩破坏是在围岩卸荷条件下其损伤随时间逐步发展的渐进破坏过程,对于较均质和均质围岩,首先表现为较长阶段的损伤缓慢递增或无变化,随后进入短暂的加速破裂阶段和宏观破坏阶段,脆性破坏明显,对于低均质度围岩,一直表现为较长阶段的损伤递增变化,加速破裂阶段不明显;考虑施工扰动对围岩的影响,随围岩径向半径的增大,采用不同均质度和强度参数的围岩来模拟,模拟结果与实际情况相符。     

单孔岩石在孔隙水压力作用下破坏过程的数值模拟

应用岩石破裂过程渗流-应力耦合分析系统RFPA~(2 D),对单孔岩石在孔隙水压力作用下的破坏过程进行数值模拟研究。研究结果表明,孔隙水压力会降低岩石的强度,随着孔隙水压力的增大,裂纹扩展速度加大并很快进入失稳扩展阶段,此时声发射发生一次较大的突跳,将这个突跳压力称为岩石破裂过程中的失稳临界压力,通过声发射来监测临界压力可以对工程实践有一定的指导意义。     

矿柱破坏过程及其声发射规律的数值模拟

运用一个岩石破裂过程分析ＲＦＰＡ２Ｄ系统,对矿柱的破坏过程进行了数值模拟研究．矿柱被看成是非均匀脆性岩石材料．模拟结果再现了矿柱从变形到破坏的全过程及其声发射规律．结果表明,劈裂是矿柱破坏的主要形式,并首先在矿柱表面出现,然后再形成由表及里的破裂扩展直至矿柱最后产生剪切破坏．     

碎柱破坏过程及其声发射规律的数值模拟

运用一个岩石破裂过程分析ＲＦＰＡ＾２Ｄ系统,对矿柱的破坏过程进行了数值模拟研究,矿柱被看成是非均匀脆性岩石材料。模拟结果再现了矿柱从变形到破坏的全过程及其声发射规律。结果表明,劈裂是矿柱破坏的主要形式,并首先在矿柱表面出现,然后再形成由表及里的破裂扩展直至矿柱最后产生剪切破坏。     

钻井测斜仪的误差分析

讨论了磁性测斜仪的基本组成及工作原理 ,详细说明了磁性测斜仪误差分类及误差方程的推导过程 ,并对误差进行了分析。通过大量的实验验证 ,最后 ,提出了限幅滤波和低通滤波相结合的方法 ,有效地解决了钻井测斜仪的误差。     

不规则砂岩的三维模型数字重构及其破裂过程研究

以烂泥沟金矿为工程背景,基于数字图像处理及破裂过程分析程序对不规则砂岩进行三维模型数字重构,模拟单轴压缩作用下不规则砂岩的真实细观非均质力学模型的失效机理及破裂过程;研究了不同颗粒粒径及不同内部结构砂岩的破裂过程及力学特性。结果表明：不规则试件在单轴压缩条件下破裂模式由单裂纹向多裂纹转变,裂纹方向与主应力方向成一定夹角;随着应力的增加,试件内部拉伸破坏单元的产生、发育、贯通导致试件形成宏观剪切破裂带;岩石试样在破裂过程中释放的大部分能量来自于高应力区的破碎带。此外,在模拟过中发现试件越趋于球形,应力-应变曲线线性行为越长,试件强度越大。研究结果对探讨矿岩破碎机理、寻找高效节能的破岩方式具有重要意义。     

割缝排放低透气性煤层瓦斯过程的数值试验

运用岩石破裂分析系统(RFPA2D-Flow)模拟了割缝排放低透气性煤层内瓦斯的过程,验证了割缝排放煤层内瓦斯是降低低透气性煤层煤与瓦斯突出危险的有效方式。同时,数值试验对难以准确监测的煤层内瓦斯压力和瓦斯渗流场的变化规律进行了较好的模拟,为进一步理解瓦斯排放、煤与瓦斯突出机理等提供理论基础和科学依据。     

基于微裂纹演化的岩石蠕变损伤与破裂过程的数值模拟

传统的岩石唯像蠕变模型忽略了岩石内在细观结构的时效损伤演化机制,无法从深层次上揭示复杂工程条件下岩石蠕变特性和时效破裂机理。基于连续介质力学理论,提出了一种表征真实岩石介质的宏-细观双尺度概念模型;依据细观尺度下微裂纹瞬时扩展和亚临界扩展的物理机制,运用损伤力学与断裂力学理论,建立了基于微裂纹演化的岩石细观蠕变损伤本构方程及破裂准则;采用Matlab软件编程将该细观模型嵌入到Comsol宏观有限元模型中,实现了一种能够模拟岩石蠕变损伤与破裂演化全过程的数值方法。在此基础上,利用建立的数值方法对双轴压缩条件下岩石蠕变过程进行了数值模拟,模拟结果很好地表征了岩石典型的3阶段蠕变特征,并以一种物理真实、可视化的方式深入地揭示了岩石从细观时效损伤演化至宏观破裂的全过程。     

不同细观组分花岗岩力学特性的颗粒流模拟

为研究岩石刚度异常区域对其力学参数及破坏过程裂纹分布规律的影响,对花岗岩进行了单轴压缩试验。根据试验结果得到的物理力学参数,采用PFC软件构建了含有不同刚度异常区域的岩石模型,并对其进行单轴压缩模拟试验,将模拟结果与室内试验结果对比分析。研究结果表明:岩石中刚度异常区域的占比在较低水平变化时,其单轴抗压强度的波动较小,随着刚度异常区域占比的上升,其对单轴抗压强度的影响也越显著;岩石破坏后主要产生张拉型微裂纹,其在总微裂纹中的比例与刚度异常区占比呈正相关,当模型刚度异常区域占比不断增加时,微裂纹会由最初的较分散分布逐渐集中在主破裂位置,形成较大的宏观破裂面。PFC模拟试验结果与室内试验结果基本一致,可为岩石在单轴压缩下的破坏机理研究提供依据。     

自激振荡旋转冲击钻井技术应用

自激振荡旋转冲击钻井工具利用水力能量强化钻头冲击力,同时,优化井底流场并改善钻头和岩石受力状况,不改变常规钻进方式,易于操作。介绍了自激振荡旋转冲击钻井工具技术原理和技术特点,对自激振荡旋转冲击钻井工具相关使用要求进行了详细说明。通过实例介绍了ZJXC-178及ZJXC-230两种型号自激振荡旋转冲击钻井工具在新疆油田现场应用情况,对比邻井分析了机械钻速提高的程度,对提高同类井型或相近地质条件下深井和难钻地层机械钻速具有借鉴意义。     

随机性对低均质度岩石声发射时序特征的影响

为了研究随机性对低均质度岩石声发射时序特征的影响,采用数值模拟软件RFPA2D进行岩石单轴压缩破坏过程模拟。通过设计正交试验方案,以试验结果的离散系数为评价指标,衡量随机性对声发射时序特征的影响程度。对不同均质度、试件尺寸、加载速率下岩石声发射的时序特征进行了研究,同时分析了随机性对声发射各阶段时序特征的影响。结果表明:均质度是随机性影响声发射试验的主要因素。随机性对声发射类型没有影响,但对事件数峰值的影响较大,离散系数大于0.15,而对声发射事件数峰值对应步数影响较小,离散系数小于0.15。声发射计数出现峰值前,随机性对岩石破裂弹性阶段的声发射时序特征的影响最小。