方位电磁波仪器PeriScope水平井煤岩边界探测特性研究

在煤矿生产中,预先、精准识别煤岩界面能够提高采出率、降低开采风险,是实现煤炭智能化开采的卡脖子技术之一。方位电磁波测井仪器具有较大探测深度和方位分辨能力,其在煤岩界面测井方法中具有一定优势,为了研究油田方位电磁波仪器PeriScope在煤田测井中的适用性,建立了煤矿测井水平分层地层模型,使用广义反射系数法和有限元数值模拟方法,以方位电磁波仪器PeriScope为例,考察了其对煤层边界的探测特性。应用PeriScope仪器的发射频率和源距组合,设置其仪器半径为煤矿钻杆的常用半径,模拟结果显示,地质信号在界面处的响应符合典型特征,地质信号随仪器旋转角变化具有周期性响应规律,频率和探边距离非简单正相关关系,源距和探边距离具有正相关关系,地质信号幅值随煤层层厚的增加而增加,但层厚增加到一定值后地质信号不再随层厚变化,偏心距较大时地质信号受偏心距影响,方位电磁波测量响应能够反映采空区的电阻率变化。结果表明,地质信号对煤岩边界的探测能力受频率、源距、电阻率对比度、层厚等多种因素影响,方位电磁波仪器PeriScope的地质信号具有方位分辨能力,能够用于探测模型设置的煤岩分界面和识别采空区,但对于围岩...     

基于改进S变换的煤岩界面超声反射信号处理

煤岩识别技术是实现煤矿综采工作面智能化和无人化的关键技术之一。准确分解超声波检测煤岩界面的混叠严重的回波信号方法是研究的重点和难点。分析不同窗函数调节参数对时频分辨率的影响,提出一种改进的S变换,建立非对称高斯调制模型的多重回波混叠信号,采用改进S变换方法对超声波检测煤岩界面的仿真与实验反射回波信号进行处理,采用时间幅值包络曲线方法分离混叠回波。研究结果表明,改进S变换方法具有更好的时频分辨率及时频聚集性,可有效分离煤岩界面的混叠反射回波,获得较准确地超声波煤岩界面反射回波的到达时间,从而,为煤岩界面的识别提供技术支撑。     

采煤机煤岩截割智能识别系统构建与流程设计

煤岩识别是实现煤矿智能化工作面的关键技术之一,本文分析了电牵引式采煤机基本结构和原理,其主要结构包括截割机构、行走机构、破碎机构、液压系统、电气系统以及其他辅助机构,基于此,构建了采煤机煤岩截割智能识别系统,该系统由信号识别前端、数据交换传输基站以及远程监测控制中心组成,并设计了采煤机煤岩截割智能识别四大流程:信号增强、信号去噪、模式识别、智能控制,为煤矿智能化工作面建设提供一种新思路或新技术,具有一定的研究意义。     

无线电磁波透视信号响应与数据校正方法研究

为了提高无线电磁波透视技术的探测精度和探测准确性,确保煤矿回采工作面的安全高效开采,研究了无线电磁波透视在矿井巷道发射中巷道金属体等干扰因素对发射电磁场信号的影响。由于无线电磁波透视探测结果受发射场源信号影响,通过对发射场源信号的基本理论、数值模拟研究,发现经过校正后的无线电磁波透视发射电磁场辐射响应,可以大大提高探测准确性。通过对无线电磁波透视电磁辐射响应特征的分析与校正,经过现场试验和验证,表明无线电磁波透视技术发射信号电磁辐射响应校正技术与方法能够更加精准地反映地质异常的位置,应用效果良好。     

槽波勘探与煤矿巷道掘进工艺的融合技术研究

为了持续跟踪和探测巷道前方的地质异常,实现掘探一体化,克服探测与掘进工艺的冲突,研究了槽波勘探与煤矿巷道掘进工艺的融合技术,实现煤矿安全与快速掘进。研究了地震波的分类以及便携式槽波地震仪,建立了超前探测地质环境保障机制。建立的持续跟踪探测可以实现多次数据覆盖,通过对比前后数据,进行简单的数学运算后就能识别真、假反射信号,有效去除“虚反射”信号,提高探测的准确性。     

红外热像仪在煤炭自燃探测中的应用

红外成像技术已成为井下探测火源的一种新方法,基于煤矿井下自燃火源隐蔽性的特点,介绍了红外探测在煤矿的应用,阐述了红外技术的基本机理,并仔细介绍了红外热像仪在探测自燃火源的应用及实际使用中应注意的问题。     

煤岩界面的高光谱识别原理

为研究以物性成分为辨识依据的煤岩高光谱识别技术,对来自我国不同煤矿生产线的煤岩试样在350~2 500 nm波段范围进行了反射光谱的采集。通过分析代表性样品的光谱反射率曲线,得出了煤岩的主要吸收谱带,发现了岩在2 200 nm附近表现为强吸收,而煤在此波长点附近吸收不明显,原因为岩中含Al-OH振动结构的矿物含量较高,而煤中此类矿物含量较低。以此2 200 nm附近煤岩吸收差异性为煤岩识别的基本原理,通过初步预处理和包络线去除预处理的方法,在全波段和2 150~2 250 nm吸收谷特征谱带,采用了4种识别算法模型,对训练集光谱数据进行训练,预测测试集光谱类型。测试集试样类型总体识别精度达到90%左右,且具有较好的一致性,识别速度达到毫秒级,实时性好,这些原理和识别方法为实际工程应用提供了参考。     

脉冲雷达透地探测煤岩实验研究

传统的煤岩探测采用瞬变电磁、地震波、超声波和探地雷达等技术,发射和接收1 GHz以下的信号频率,不能兼顾探测深度和探测精度。综采工作面采煤机自动调高要求煤岩分界达到20 mm的检测精度,为此提出采用无线脉冲雷达穿透煤岩层的高精度深度探测技术。设计成单雷达芯片+射频电路的低功耗小型化的超宽带雷达,由脉冲产生器PG(Pulse Generator)发射亚纳秒级的窄脉冲电磁波形,输出中心频率为53~88 GHz、频宽为165~440 GHz和功率为-172~-105 dBm的超宽带UWB(Ultra-Wide Band)信号,输入电路采集从煤岩介质反射回来的峰峰值达54~72 mV的信号电压。超宽带雷达通过双Vivaldi型天线垂直于煤岩层贴近布置,发射天线发出低至-19 dBｍ的7阶高斯脉冲超宽带波段信号,接收天线以30 Gbps的速率采集512 级深度回波信号,利用煤岩存在明显介电常数差异所产生的脉冲反射与发射信号的传播时延,与现场煤岩介电常数标定后计算出的电磁波传播速率相乘,来推算出煤层厚度以精确地确定出煤岩分界位置。根据煤层深度和介电常数的变化建立了煤岩探测的脉冲垂直分辨率、探测深度与信号采样时窗长度关系,确定采样时窗长度为256 ns,测量分辨率达到4 mm。为了直观地分辨出煤岩分界位置,以采集的脉冲信号数据绘制波形灰度图,深黑色和亮白色分别表示信号的波谷和波峰,代表了介电常数有较大差异的煤岩两种介质的分界位置,并通过波谷或波峰到起点的时间差计算出煤层的厚度。在留顶煤开采的综采工作面和巷道现场测试,测量煤层厚度的误差小于20 mm,能够在煤层未开采前检测出工作面顶煤和底煤的厚度,为采煤机自动调高提供精准的位置参考。     

微震监测技术及其在煤矿的应用现状与展望

微震监测技术是利用煤岩破裂产生的微震信息来研究煤岩结构和稳定性的一种实时、动态、连续的地球物理监测方法,主要包含微震传感器台网优化、微震信号识别及到时拾取、波速模型、微震波形特征、震源定位与成像、震源机制、微震监测预警等。近30 a来,微震监测技术在煤矿安全高效生产中得到了广泛应用。煤岩破坏过程中的微震波形特征、震源定位、矿震活动性规律、冲击地压微震监测预警等方面取得了一系列研究成果;在煤与瓦斯突出、突水、煤岩水力压裂、井下救援的微震监测方面进行了初步研究和探索,并取得了一些有益研究结果。然而煤矿微震监测仍然有很多问题需要进行系统深入研究,主要包含如下：煤岩不同破坏类型,特别是流体作用或参与下的微震波形信号特征;高精度的微震信号自动识别和到时自动拾取;基于微震监测的被动成像理论与技术;煤岩动力灾害前兆信息智能感知和多元信息融合监控预警体系;煤岩水力压裂裂缝微震监测与定位成像技术等。同时还应加快发展和完善具有自主知识产权的高性能、高精度、高可靠性的微震监测系统。     

煤岩界面识别技术研究

煤岩界面识别系统是综采工作面智能化生产的重要环节,总结了目前国内外各种煤岩界面识别的技术方法,分析了各种方法的优缺点及其应用场合,展望了未来煤岩界面识别技术的发展方向,对煤矿的智能化生产具有重要意义。     

矿井孔-巷无线电磁波透视探测方法

为了提高无线电磁波透视技术的探测精度,并且使该方法能够在独头巷道进行使用,确保煤矿的安全高效的开采。研究了采用了矿井巷道发射,钻孔接收电磁波信号的方式,借助钻孔岩层的屏蔽作用,在降低接收信号的外部干扰的同时,开拓了无线电磁波透视技术新的使用方法,即孔-巷无线电磁波透视的探测方法。分析了传统无线电磁波透视探测方法的特点及探测过程中存在的主要问题,根据目前矿井探测地质任务的要求,提出了适用于复杂地质条件下的孔-巷无线电磁波透视探测方法。研究了孔-巷无线电磁波透视的基本理论,认为无线电磁波透视探测准确性与电磁波入射角度有关,无线电磁波透视的衰减系数与煤(岩)层电导率、介电常数有关;研究了适用于孔-巷无线电磁波透视的专用接收天线装置,研究了适用于孔-巷无线电磁波透视的施工布置方法;以掘进巷道与钻孔结合的地质模型为例,通过模拟分别研究电磁波在煤层中遇到断层和陷落柱时的波场特征及信号响应规律,研究电磁波对地质异常的响应特征。发现孔-巷无线电磁波透视的探测方法与传统矿用无线电磁波透视相比适用范围更广,并且能够更加精确的探测隐伏构造的赋存情况。现场试验和验证情况表明,矿井孔-巷无线电磁波透视技术能够更精准的反映地质异常的位置,可有效开展独头巷道中的地质探测任务。     

地下空洞的探地雷达信号时频响应特征分析

地下空洞给交通出行、工程建设带来了极大的安全隐患。探地雷达作为一种无损探测技术,通过采集和分析电磁波反射信号,可探测地下空洞的位置、尺寸和介质特性等,进而为工程地质勘察和结构无损检测提供重要信息。该文将地下含水及不含水空洞用时域有限差分法进行仿真实验,得到了雷达剖面图及单道波形对比结果,并分析了反射信号的时频特征差异。由于电磁波在水中传播时的衰减,含水空洞下界面反射信号的瞬时频率会出现明显向下偏移,时频分析方法能够为识别地下空洞是否含水提供参考依据。将时频分析方法应用于城市道路空洞的雷达实测数据的处理与分析,结果表明,时频分析方法能够准确判定地下空洞的尺寸及是否含水。     

煤矿井下瓦斯浓度检测方法综述

煤矿井下瓦斯浓度检测方法分为非光学分析法和光学分析法2类。结合近年来该领域的研究进展,分别对非光学检测技术(包括超声波检测技术、半导体气敏法、载体催化法和气相色谱法)和光学检测技术(包括基于红外光谱吸收式、拉曼散射式和光干涉式检测方法)的技术原理及应用研究现状进行了分析。在此基础上,对上述各类方法在煤矿井下的适用性进行了讨论,认为瓦斯浓度检测信号预处理算法改进,检测元件和系统性能改进以及检测系统智能化是煤矿井下瓦斯浓度检测技术的发展方向。     

基于图像识别的煤岩界面识别方法研究

采掘工作面是煤矿事故多发地点.减少煤矿采掘工作面作业人员既是煤矿安全生产的需要,又是减轻作业人员劳动强度和改善作业环境的需要.煤岩界面识别是实现无人采煤的关键技术之一.研究了用于无人采煤工作面等的煤岩界面识别方法,指出了现有煤岩界面识别方法存在的问题.提出了基于可见光图像和红外图像识别的煤岩界面识别方法:提取色彩、灰度...     

复杂煤层条件下采煤机自适应截割控制策略

采煤机是综采工作面的核心装备,复杂煤层条件下,其工况恶劣、环境复杂,采掘装备智能化程度不高,导致我国煤矿开采灾害多、煤机适应性不强、故障率高、效率低,提高煤机装备的可靠性与适应性是煤矿智能化发展的主要任务之一.采煤机工作机构与复杂煤层耦合作用机理及煤岩截割状态与动力传递系统的导控机制,是实现采煤机智能高效截割的关键.基...     

瓦斯富集区多频电磁波CT同步透视技术研究

为探明回采工作面瓦斯富集区域,基于电磁波CT透视理论与SIRT层析成像,对不同介质和瓦斯富集区不同频率的电磁波衰减变化曲线和透视层析成像特征进行了数值正演模拟研究,提出了多频电磁波同步透视方法,并在演马庄煤矿开展了瓦斯富集区多频电磁波CT同步透视现场试验。研究结果表明:电磁波CT能够有效探测瓦斯富集区,相对正常煤体,瓦斯富集区呈现为电磁波弱衰减的特征,且频率越高,衰减越严重;高频电磁波相对低频电磁波,衰减幅值稍大,透视距离短,但响应较强;多频同步透视技术可利用高频的高敏感度、响应强的特性和低频的长透距性,透视探测效率快、精度高;井下现场试验验证了多频电磁波CT同步透视技术能够高效、准确识别回采工作面中的瓦斯富集区,可推广应用煤矿生产一线。     

基于互相关的随掘地震超前探测有效信号提取方法研究

随掘地震超前探测数据中地震波组成复杂,能量较弱的反射信号难以识别,影响勘探效果。为提取有效反射信号,基于交错网格有限差分方法进行随掘地震超前探测数值模拟,分析随掘地震超前探测波场特征,并使用互相关技术对模拟数据进行处理。研究表明:随掘地震超前探测记录中反射信号能量较弱,被直达波等其他成分掩盖;互相关技术进行处理能够增强反射信号,压缩连续信号,通过奇异值分解技术分离地震波场,从而得到与子波震源类似的地震记录,提高勘探效果。     

煤矿安全生产监控与通信技术

从煤矿安全监控、煤矿井下人员位置监测、煤炭产量远程监测、全矿井移动通信、无人值守远程监控技术及系统等几个方面介绍了煤矿监控与通信技术现状。在此基础上展望了煤矿监控与通信技术的研究方向,即矿用物联网技术与系统,煤矿一体化通信技术与系统,无人工作面遥控和煤岩分界识别技术与系统,煤矿井下人员精确定位技术与系统,基于煤矿安全监控系统的瓦斯、火灾、冲击地压等煤矿重大灾害预警技术与系统,基于3D GIS的煤矿安全生产管理信息系统,煤矿井下生命探测技术与装备,本质安全无线通信与光纤通信技术,传感器无盲区布置方法,煤矿井下救灾机器人等。     

基于VMD的多相介质超声回波检测技术

提取多相介质中有效超声回波信号是实现煤岩界面识别的关键技术。利用超声波探测煤岩介质所获取的回波信噪比低且为非平稳、非线性信号,难以有效准确的获取煤岩界面的回波波形,进而无法有效判断煤岩分界面。传统的小波分析手段需要根据信号特点选取特定的小波基,EMD,EEMD等自适应信号分解方法存在模态混叠及虚假分量等现象。提出利用VMD(变分模态分解)分析超声回波信号的组成成分,准确获取煤岩界面的首次回波的波形与时间,以达到识别不同介质界面和判断介质相关参数的目的。模拟仿真及实验表明,VMD可实现更优化的信号分解效果,实现对煤岩界面首波波形和首波时间的检测,达到准确识别以煤岩介质为代表的多相介质分界面的目的。     

王家岭煤矿12309综放工作面智能化开采技术

为实现王家岭煤矿12309工作面智能化开采,基于智能化现状及工作面特征,分别从支架放煤机构的精确控制、顶煤精准探测及煤矸识别技术、自动跟机放煤控制技术3个方面建立智能化综采放顶煤控制系统;通过在工作面设备上配备负荷监控(煤量扫描装置+负荷监测平台)、三机工况监测与控制、系统定位及防碰撞等装置,实现"前部记忆截割、后部智...