基于CT和超声波技术联合分析的注水煤岩监测参数规律研究

为揭示实验室煤岩注水过程中监测的主导低压注水的结构参数与水体运移距离、超声波监测参数之间的关系,提出一种基于CT重构联合超声波换能器阵列监测的研究方法。通过CT扫描重构得到煤岩孔裂隙结构和矿物分布特征参数,采用超声波换能器阵列监测水体运移范围提取监测路径超声波参数,并构建主导低压注水的煤岩结构参数-水体运移距离-超声波参数之间的关系方程,为矿井声法探测煤层注水范围奠定基础。研究结果表明:主导低压注水的煤岩孔隙比、矿物比均与波速呈线性负相关;煤岩内部裂隙界面声阻抗不匹配消耗的超声波能量值比裂隙内介质转换(由空气转为水)而增加的超声波能量消耗值大,且注水前后孔隙比对超声波参数的影响程度比矿物比大,注水后超声波参数变化主要是孔裂隙内介质变化和声学阻抗匹配程度变化共同作用的结果;并非连通孔隙含量越高监测结果受到的干扰越大,而是监测路径内连通裂隙面截断监测路径时监测结果受到的干扰较大,当监测路径连通孔隙含量低时,所含的唯一连通裂隙面截断了超声波传播路径,也会造成监测数据离群;孔隙比、矿物比的大小对于水体运移距离计算结果精度影响较大,当孔隙比、矿物比较小时,计算结果与实验结果差值增大,最大误差为0.94 cm。