- 科学出版社
- 9787030808769
- 1版
- 2026-06
作者简介
内容简介
本书系统阐述了煤自燃隐蔽火源声学探测的基础理论与关键技术，围绕采空区松散煤体自燃高温点精准探测难题，深入分析了声波在松散煤体中的传播规律、温度响应特性与感温机制。全书从松散煤体基础特性出发，构建了声波测温理论模型，优选了适用于松散煤体测温的声源信号，提出了基于小波抑噪的信号提取与温度场重建方法，最终实现了松散煤体自燃温度场的声学重建与精准探测。本书突出多学科交叉融合特点，兼具理论深度与实践指导性，可为我国煤矿隐蔽火源探测提供新的技术途径与理论支撑。
目录
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 松散煤体自燃高温点探测技术 2
1.2.2 声波在不同介质中的传播特性 5
1.2.3 声学法测温理论和技术的发展 7
1.2.4 声学法测温的应用 8
1.2.5 存在的问题 10
1.3 本书主要内容 11
第2章 松散煤体基础特性研究 13
2.1 工业分析 13
2.1.1 实验方法 13
2.1.2 实验结果分析 14
2.2 松散煤体的空隙特征 14
2.2.1 工业CT实验设备 14
2.2.2 工业CT技术原理 15
2.2.3 样品制备与实验方法 16
2.2.4 松散煤体CT图像结果分析 17
2.3 煤的热物理特性 24
2.3.1 样品制备及实验条件 25
2.3.2 测试仪器及原理 25
2.3.3 实验结果分析 27
2.4 本章小结 31
第3章 松散煤体中声波传播路径研究 32
3.1 松散煤体级配特性 32
3.2 煤的力学特性 33
3.2.1 实验方法 33
3.2.2 三种煤样的力学特性 33
3.3 松散煤体饱和气体条件下声波飞渡时间 36
3.3.1 实验装置及测试过程 36
3.3.2 基于互相关法的声波飞渡时间计算 37
3.3.3 声波飞渡时间分析 38
3.4 松散煤体中声波传播路径 41
3.5 本章小结 41
第4章 松散煤体声波测温理论模型构建 43
4.1 声波测温基本原理 43
4.2 松散煤体声波测温模型建立 47
4.2.1 声波在松散煤体中的传播模型 47
4.2.2 声学法松散煤体测温模型 54
4.3 松散煤体声波测温影响因素分析 55
4.3.1 相对湿度对声波测温的影响 55
4.3.2 大气压对声波测温的影响 56
4.3.3 气体介质组分对声波测温的影响 57
4.4 本章小结 58
第5章 松散煤体声波测温声源信号优选 59
5.1 煤样吸声特性研究 59
5.1.1 吸声系数测试系统 59
5.1.2 实验测试过程及方法 62
5.1.3 不同煤样吸声性能对比 68
5.1.4 粒径对煤样吸声性能的影响 70
5.1.5 堆积厚度对煤样吸声性能的影响 72
5.2 松散煤体中声波衰减特性研究 75
5.2.1 声波衰减系数测试原理及方法 75
5.2.2 实验测试过程 78
5.2.3 不同煤样和粒径条件下声波衰减特性 80
5.2.4 温度对声波衰减特性的影响 81
5.3 声源信号发生形式优选 83
5.3.1 典型声源信号分析 83
5.3.2 扫频信号频带选择 87
5.3.3 不同信号长度对比 91
5.4 本章小结 92
第6章 基于优选信号的松散煤体温度测量 94
6.1 转换因子影响因素分析 94
6.2 声波传播时间测量方法 96
6.2.1 时延估计方法 96
6.2.2 信号的小波抑噪 101
6.2.3 基于小波抑噪的互相关算法 105
6.3 松散煤体声波测温实验 105
6.3.1 声波测温实验测试过程 105
6.3.2 松散煤体声波测温方法 106
6.3.3 环境相对湿度的变化 108
6.3.4 煤样转换因子的确定 110
6.3.5 不同煤样的声波测温结果 111
6.4 本章小结 113
第7章 松散煤体自燃温度场重建 115
7.1 声学法温度场重建基础理论 115
7.2 温度场重建常用算法 117
7.2.1 声学CT 算法 117
7.2.2 广义逆矩阵 120
7.2.3 Tikhonov正则化算法 121
7.2.4 代数重建算法 122
7.2.5 径向基函数算法 123
7.3 温度场重建补偿算法 126
7.3.1 速度场的补偿 126
7.3.2 温度场的补偿 129
7.3.3 温度场重建的补偿 131
7.4 空气条件下温度场重建 133
7.4.1 实验装置及条件 133
7.4.2 单峰温度场重建结果 134
7.4.3 双峰温度场重建结果 141
7.4.4 三峰温度场重建结果 146
7.4.5 空气温度场重建误差 151
7.5 松散煤体温度场重建 155
7.5.1 实验条件及过程 155
7.5.2 转换因子的确定 155
7.5.3 气体介质常数的确定 157
7.5.4 松散煤体温度场重建结果 158
7.5.5 松散煤体温度场重建误差分析 160
7.6 本章小结 161
参考文献 162
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 松散煤体自燃高温点探测技术 2
1.2.2 声波在不同介质中的传播特性 5
1.2.3 声学法测温理论和技术的发展 7
1.2.4 声学法测温的应用 8
1.2.5 存在的问题 10
1.3 本书主要内容 11
第2章 松散煤体基础特性研究 13
2.1 工业分析 13
2.1.1 实验方法 13
2.1.2 实验结果分析 14
2.2 松散煤体的空隙特征 14
2.2.1 工业CT实验设备 14
2.2.2 工业CT技术原理 15
2.2.3 样品制备与实验方法 16
2.2.4 松散煤体CT图像结果分析 17
2.3 煤的热物理特性 24
2.3.1 样品制备及实验条件 25
2.3.2 测试仪器及原理 25
2.3.3 实验结果分析 27
2.4 本章小结 31
第3章 松散煤体中声波传播路径研究 32
3.1 松散煤体级配特性 32
3.2 煤的力学特性 33
3.2.1 实验方法 33
3.2.2 三种煤样的力学特性 33
3.3 松散煤体饱和气体条件下声波飞渡时间 36
3.3.1 实验装置及测试过程 36
3.3.2 基于互相关法的声波飞渡时间计算 37
3.3.3 声波飞渡时间分析 38
3.4 松散煤体中声波传播路径 41
3.5 本章小结 41
第4章 松散煤体声波测温理论模型构建 43
4.1 声波测温基本原理 43
4.2 松散煤体声波测温模型建立 47
4.2.1 声波在松散煤体中的传播模型 47
4.2.2 声学法松散煤体测温模型 54
4.3 松散煤体声波测温影响因素分析 55
4.3.1 相对湿度对声波测温的影响 55
4.3.2 大气压对声波测温的影响 56
4.3.3 气体介质组分对声波测温的影响 57
4.4 本章小结 58
第5章 松散煤体声波测温声源信号优选 59
5.1 煤样吸声特性研究 59
5.1.1 吸声系数测试系统 59
5.1.2 实验测试过程及方法 62
5.1.3 不同煤样吸声性能对比 68
5.1.4 粒径对煤样吸声性能的影响 70
5.1.5 堆积厚度对煤样吸声性能的影响 72
5.2 松散煤体中声波衰减特性研究 75
5.2.1 声波衰减系数测试原理及方法 75
5.2.2 实验测试过程 78
5.2.3 不同煤样和粒径条件下声波衰减特性 80
5.2.4 温度对声波衰减特性的影响 81
5.3 声源信号发生形式优选 83
5.3.1 典型声源信号分析 83
5.3.2 扫频信号频带选择 87
5.3.3 不同信号长度对比 91
5.4 本章小结 92
第6章 基于优选信号的松散煤体温度测量 94
6.1 转换因子影响因素分析 94
6.2 声波传播时间测量方法 96
6.2.1 时延估计方法 96
6.2.2 信号的小波抑噪 101
6.2.3 基于小波抑噪的互相关算法 105
6.3 松散煤体声波测温实验 105
6.3.1 声波测温实验测试过程 105
6.3.2 松散煤体声波测温方法 106
6.3.3 环境相对湿度的变化 108
6.3.4 煤样转换因子的确定 110
6.3.5 不同煤样的声波测温结果 111
6.4 本章小结 113
第7章 松散煤体自燃温度场重建 115
7.1 声学法温度场重建基础理论 115
7.2 温度场重建常用算法 117
7.2.1 声学CT 算法 117
7.2.2 广义逆矩阵 120
7.2.3 Tikhonov正则化算法 121
7.2.4 代数重建算法 122
7.2.5 径向基函数算法 123
7.3 温度场重建补偿算法 126
7.3.1 速度场的补偿 126
7.3.2 温度场的补偿 129
7.3.3 温度场重建的补偿 131
7.4 空气条件下温度场重建 133
7.4.1 实验装置及条件 133
7.4.2 单峰温度场重建结果 134
7.4.3 双峰温度场重建结果 141
7.4.4 三峰温度场重建结果 146
7.4.5 空气温度场重建误差 151
7.5 松散煤体温度场重建 155
7.5.1 实验条件及过程 155
7.5.2 转换因子的确定 155
7.5.3 气体介质常数的确定 157
7.5.4 松散煤体温度场重建结果 158
7.5.5 松散煤体温度场重建误差分析 160
7.6 本章小结 161
参考文献 162
