電磁波傳播現(xiàn)場實驗

本實驗的研究目的是利用無線電波透視方法求煤層的吸收系數(shù)β，現(xiàn)場實驗考察一定頻率電磁波在煤巖中傳播的衰減規(guī)律。由于井下地質構造非常復雜，存在斷層，對電磁波的傳播有很大影響，因此，宜選擇地質條件正常、干擾因素少的地段進行測試。4.4.1 實驗測試原理及實驗方案根據(jù)電磁輻射和電磁波傳播原理，在射線光學近似下，煤層中傳播的電磁波可近似用下式表示：煤巖動力災害力電耦合式中：H——介質中某點實測場強，A/m；H0——原始輻射場強，A/m；r——發(fā)射機與接收機之間的直線距離，m；α——介質吸收系數(shù)（衰減系數(shù)）；θ——發(fā)射天線軸與測點方向夾角，（°）。介質吸收系數(shù)α的計算根據(jù)（4.23）求得。在一定頻率（ω=2πf）下，α是介質（煤或巖石）的介電常數(shù)ε、磁導率μ和電導率σ的函數(shù)。實驗測試方案如下：（1）準備事項1）測試前要將接收機和發(fā)射機充好電；2）檢查儀器狀況和設置儀器頻率；3）準備材料：木桿兩根（1.4～1.8 m）、細鐵絲一根（用于懸掛天線）、皮尺、粉筆、機械表兩只。（2）測試方法1）定點法發(fā)射機相對固定，接收機在一定范圍內逐點觀測其場強值，且發(fā)射機和接收機最好置于同一水平上。2）測點布置· 先了解工作面的地質情況：位置、煤層厚度、瓦斯以及含水量等；· 發(fā)射點間距定為50 m；接受點間距為10 m；每一個發(fā)射點時在10個接受點上依次接收（即一個發(fā)射點接收10次）；· 盡量選擇煤層厚度均勻的工作面或巷道。（3）時間確定及表格記錄1）測試前先對好表，統(tǒng)一測試時間；2）記錄表格，如表4.5和表4.6，表4.5為發(fā)射點在下順槽每隔50 m布置時所測定的數(shù)據(jù)，表4.6為發(fā)射點在上順槽時所測定的數(shù)據(jù)。表4.5 接收場強測定值（dB）（f=0.5 MHz）表4.6 接收場強測定值（dB）（f=0.5 MHz）4.4.2 現(xiàn)場實際測定與數(shù)據(jù)分析（1）工作面地質條件潘三礦1452工作面開采13號煤層，上順槽長度1060 m，下順槽長度1070 m，傾斜長度最大200 m，最小150 m。煤層厚度3.5～4.38 m，平均3.9 m。煤層傾角12°～32°，平均18°。工作面揭露斷層5條，最小斷距0.5 m，最大斷距2.0 m，分別位于軌順出煤巷和上下順槽中段。通過分析，在往工作面方向50～500 m范圍內的煤巖是比較均勻的，不存在斷層等特殊地質構造，因而在此地段測定的數(shù)據(jù)可以看作1452工作面煤巖的實際電磁輻射衰減系數(shù)。表4.5和表4.6中的數(shù)據(jù)僅為在此地段所測定的數(shù)據(jù)。（2）坑透儀器及坑透條件此次坑透采用煤科總院重慶分院生產的WKT-E型坑透儀，工作頻率采用0.5 MHz。上下順槽主要采用錨網(wǎng)支護，部分地段采用工字鋼支護，巷道內懸掛電纜，安裝有金屬管道。下順槽安裝皮帶機，工作過程中采取了停電措施。（3）坑透工作方法采用定點交會法，上順槽編號0～106，每10 m一個點；下順槽編號500～606，每10 m一個點。發(fā)射點間距50 m，接收點間距10 m。上下順槽分別進行。測點示意圖如圖4.7。圖4.7 1452工作面坑透儀測試測點布置示意圖（4）測定結果分析坑透儀測定時的衰減系數(shù)α計算結果的準確性取決于坑透儀測定的環(huán)境和初始場強值（H0）的準確性。一般α和H0的確定可以采用以下三種方法：1）計算方法煤巖動力災害力電耦合式中：I0——天線電流幅值；λ0——介質中電磁波的波長；L0——天線的有效高度。由于上述公式中的參數(shù)測定比較麻煩，并且根據(jù)少數(shù)樣品測定的值不一定能代表大范圍內的煤巖介質的實際參數(shù)值。因此，計算方法在實際工作中不常采用。2）實測場強方法坑透儀測定的結果是分貝值（dB），煤巖層電磁波的吸收系數(shù)或衰減系數(shù)α表示單位距離內場強的衰減量（dB/m），坑透儀測定時衰減系數(shù)由下式求出［149］：煤巖動力災害力電耦合式中：H1——1號測點場強，dB；H2——2號測點場強，dB；r1——發(fā)射點到1號測點的直線距離，m；r2——發(fā)射點到2號測點的直線距離，m；α——煤巖介質衰減系數(shù)，dB/m。從式中可以看出，煤巖層的衰減系數(shù)實際上是距同一發(fā)射源，而接收點分別為r1，r2的實測場強H1，H2與距離的比值。關于噪聲的處理，吳燕清［148］提出了兩點法、線性回歸方法和迭代線性擬合法，并認為迭代線性擬合法可以求得較為準確的正常場。3）圖解法圖解法是首先繪制lnHr-r線［150］，然后將實驗測定的H值乘上r，以Hr為縱坐標，r為橫坐標，在單對數(shù)坐標上繪圖。作出通過大多數(shù)點能代表測定區(qū)域的直線（稱為吸收數(shù)線），α就是該直線的斜率，r=0時的Hr值就是初始場強值H0。實際上，式（4.27）、（4.28）計算的是理論場強值，由于介質的吸收和散射，以及各種隨機噪聲（如井下電纜、水管、電子儀器線路以及實驗的偶然誤差等），導致測定的場強值有一定的誤差。但是考慮到本次現(xiàn)場實驗測定是采取了停電措施，有效的減少了各種隨機噪聲的影響，因此，本文采用理論計算的衰減系數(shù)值。先利用式（4.28）計算出0.5 MHz的電磁波在1452工作面煤巖介質中各個距離各個方向傳播的衰減系數(shù)，然后取平均值，即可得到該煤巖層內的衰減系數(shù)。計算時取原始場強值為100 dB，衰減系數(shù)平均為0.2 dB/m。第7章獨巷掘進實例計算煤巖變形破裂過程電磁輻射衰減時取頻率為0.5 MHz的衰減系數(shù)為0.2 dB/m。
備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。