煤岩界面识别的声学建模

为解决煤岩界面识别问题,采用声学探测法,依据声波在水煤、煤岩界面反射、折射时,在界面处满足声压连续和质点速度连续的物理性质,建立了声学传输路径模型。考虑到经过分界面的声波在介质中传播的同时存在介质衰减,推导出声波在水、煤、岩3种介质传输时于水煤、煤岩2个界面传播、反射的回波公式,构成路径传输煤岩识别声学模型。该模型为包含不同介质的声吸收系数、特性阻抗、厚度和声波频率、幅值比模数的非线性方程。通过搭建煤岩识别试验平台,水听器作为声波收发仪器,与信号发生器、示波器构成收发系统和分析装置,使用SIMULINK模拟声波收发及建模过程,标定介质的声吸收系数,求解发射、接收声波的幅值比模型方程获得煤层厚度、水层厚度数值解,从而验证了模型的可行性。仿真试验表明,理论煤厚识别误差为0.03 m,后续将通过现场试验进一步验证。