本技术涉及弹性波计算技术领域,特别涉及一种计算顶板断裂释放弹性波在地层中衰减程度的方法,本发明根据煤矿地层实际条件建立了波速场模型,利用弹性波动方程和有限差分法模拟计算了不同类型弹性波的传播过程,采用等效力模型作为震源的近似,用等效力作用在震源点上所产生的位移模拟真实力作用于震源处所产生的位移,工作面顶板断裂过程中,施加在岩石介质上的等效力作用力使之发生变形,计算了弹性波传播至不同位置时的各参数的衰减系数,基于计算结果提出了弹性波能量的衰减方程,对弹性波的传播进行位移衰减分析、应力衰减分析和能量衰减分析。
背景技术
煤层开采过程中,顶板发生破裂将引起弹性波沿地层介质向周边传播。当弹性波传递至巷道围岩时,可能会诱发冲击地压。因此,弹性波在地层中的传播过程对描述冲击地压发生机理具有重要意义。
长期以来,弹性波传播过程中的非线性衰减是国内外学者共同关注的主题。根据弹性波理,弹性波在传播过程中将产生一系列的波现象,包括几何扩散、反射、散射、透射、波型转换、衰减等。这些波的现象共同使弹性波逐渐衰减,影响从震源传播到达到特定位置(如煤层)的能量。数值模拟是研究这类问题最有效的方法。国内外学者通过数值模拟研究了弹性波在煤岩体中的传播特性,分析了介质类型、应力环境、损伤程度、节理分布、微观结构等因素对弹性波传播衰减的影响。然而,现有研究大多关注于各种因素对弹性波传播过程的影响。对于地层中存在的不同类型的震动源,其产生的弹性波在地层中传播衰减的研究较少。
基于此,本文根据煤矿地层实际条件建立了波速场模型,利用弹性波动方程和有限差分法模拟计算了不同类型的弹性波在地层中的传播过程,整个计算过程通过C语言编程实现,计算了弹性波传播至不同位置时的位移、应力和能量等参数的衰减系数,得到了顶板断裂产生的弹性波对煤层的影响;最后讨论了不同震源位置对弹性波衰减系数的影响,并基于计算结果提出了弹性波能量的衰减方程,对揭示弹性波在地层中的传播衰减过程具有重要意义。
实现思路