煤岩电磁辐射磁棒天线性能试验.pdf

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1、嚣天采矿技术2014年第5期·73·DOI：10．13235~．cnki．Item．2014．05．022煤岩电磁辐射磁棒天线性能试验邢云峰，一，王启飞，李振。(1．中国矿业大学(北京)资源学院，北京100083；2．北京起重运输机械设计研究院，北京100007)摘要：针对煤矿井下监测到的煤岩电磁辐射信号能量较低的特点，设计了灵敏度较高的低频磁棒天线，并对其性能进行了试验室测试。试验确定了磁棒天线的有效接收频带，并推导了特定频率下的衰减方程，验证了磁棒天线的定向接收能力，得到最佳的接收方向。结果表明：煤岩电磁磁棒天线有最佳的接收频带、最佳的接收方位、对不同的频率的煤岩电磁信号有着不同

2、的衰减系数．为电磁辐射法预测煤岩动动力灾害提供理论支持。关键词：煤岩电磁辐射；超低频；磁棒天线；接收能力；中图分类号：P631文献标志码：B文章编号：1671—9816(2014)05—0073—04煤与瓦斯突出动力现象和地震一样，在孕育、发线的布置和突出源的定位有重要的意义。生和发展过程中也产生声、光、电等多种形式的能量1磁棒天线机理辐射，其实质是气一固结合的地质体受地应力和瓦斯压力综合作用在时间和空间上表现出来的地球天线是一种导行波与自由空间波之间的转换器物理场。因此，地球物理方法预测瓦斯突出具有广件或换能器。磁棒天线由磁棒、绕在磁棒上的天线线泛的发展前景⋯。中国矿业大学教授何学

3、秋、王恩元圈、引线及屏蔽等组成。磁棒具有非常优良的导磁作教授等于9O年代中期首次提出电磁辐射预测法，用，使很小体积的天线可获得较高的效率。磁棒天线并成功地应用于煤岩动力灾害的非接触式连续动具有体积小，灵敏度高，抗干扰能力强等优点，同时态预测】。经过近20年的发展，煤岩电磁辐射无论有效高度低，辐射电阻小，有较强的方向性等缺点。从产生机理I5_、实验室试验、还是现场应用D0-1ZJ由于井下煤岩电磁辐射的能量较小，且与煤岩体受都取得了较大的进展。实验现象已发现煤岩体变形应力分布有密切相关性，还有井下特殊的电磁环境。破裂时产生的电磁辐射已经覆盖了从甚低频、超低采用空间上正交结构的磁棒天线，后

4、接低噪声放大频、低频、中频、高频、甚高频、红外、可见光等各个器与移相器，这样就可以克服磁天线方向性，又可以频段【l3_”1，可见，煤岩体变形破裂过程中电磁辐射的解决磁天线接收信号过于微弱的问题。频段是很宽的。磁棒天线的性能表征主要有波瓣图与主旁瓣目前应用现场的电磁辐射监测装备是基于监测宽、方向系数D与增益G、天线的极化等。天线的辐煤岩中低频率的电磁辐射信号来预测突出的，容易射波瓣图是用来表示天线的辐射参量随空间方位变受到井下各种电磁信号干扰且传播距离近，预测有化的图形。通常辐射波瓣图是指功率通量空间分布突出危险性的准确率不能满足当前煤矿生产的需或场强振幅的空间分布，即功率方向图与场强

5、方向要。鉴于突出过程中煤岩电磁辐射产生机理的复杂图。磁棒天线在水平方向上是有方向性的，而且每瓣的波瓣宽度都为90。天线方向性增益指某一天线的性，考虑从提高煤岩电磁辐射接收天线的性能人手方向系数是它在最大辐射方向上某处的辐射功率通来提高预测的准确性，由于受加工容差的影响，天线量密度与无方向天线在同样辐射功率的条件下于该的实际参数与设计理论值有较大的差别，因此，实验处辐射功率通量比值。电波的极化是指电场强度矢室测定超低频磁棒天线的性能，对现场电磁辐射天收稿日期：2014—01—2O量的大小和方向随时间变化的方式，由极化匹配的基金项目：国家自然科学基金资助项目(51274206)角度能够得

6、出磁棒天线适合煤岩电磁信号的接收。作者简介：邢云峰(1978一)，男，高级工程师，从事煤矿安天线的接收性能与电磁波的传播有密切关系，全的科研及检验工作。根据麦克斯韦电磁辐射理论，当场源的电流或电荷露天采矿技术2014年第5期·75·电磁波的衰减规律如式(4)。L=一0．3319S一8．561(4)皿删通过以上定量分析可以知道，发射天线输人信窖Ⅱ号强度与接收天线到信号源的距离成反比。200Hz迎垦的信号衰减速率为0．332dB／cm。趟2-3天线定向接收信号规律保持输入电压有效值为1V，频率为200Hz的正弦交流电，改变接收天线的偏角使得接收天线与电磁辐射信号频率／Hz电磁信号辐射方向

7、夹角由0～1T每隔均匀变化，得图3频率及能量拟合图出接收夹角与接收能量之间的数据见表3。量级上，天线能有效地接受0～2200Hz频段的信表3天线接收方向与对应能量表号，但对不同频段的电磁辐射信号接受能力差别较大，其中对20—400Hz频段信号的接收效果最佳。2．2天线接收信号的能量衰减规律通过保持输入电压为有效值为0．5V频率为200Hz的正弦交流电，然后移动接收天线使其与发射装置的距离由01000mm均匀变化，得出天线接收距离与能量之间的测试数据见表2。