基于粒子群算法的煤矿井下电磁波传输优化模型

由于煤矿井下环境复杂,电磁波在井下的传输会存在信号衰减,为了拟合出更准确的煤矿井下电磁波的传输模型,使其更加接近电磁波的实际传输情况,提出了一种基于粒子群算法的煤矿井下电磁波传输优化模型。该优化模型在接收信号指示强度基本模型的基础上,引入衰减系数及衰减矫正因子,利用粒子群算法较强的全局搜索能力,在实验数据中找出该优化模型的最佳衰减系数及衰减矫正因子。MATLAB仿真结果表明,采用该优化模型得到的结果相较于基本模型更接近实测值,可以更精确地描述电磁波在井下的传输情况。     

巷道传播特性及电磁波定位方法的适用性分析

通过分析电磁波在煤矿井下巷道的传播特性,对电磁波定位的3种基本方法在井下的适用性进行了分析,初步得到了TOA方法实现定位是可行的结论,并且通过在空直巷道以及有障碍巷道中分别进行测试,测试结果进一步表明,用TOA方法实现井下的定位是可行性的。     

煤矿井下基于射线跟踪法的信道建模研究

煤矿井下环境复杂,影响电磁波传播的因素较多,本文采用射线跟踪法对煤矿井下的信道模型进行研究。首先,假设井下传输环境为空直巷道,分析电磁波波模理论并运用镜像法建立矿井无线信道模型;其次,将场景因素造成的损耗用公式表达,另外的不可量化因素造成的损耗,用仿真场强值与实测场强值之间的差值来表示。通过空直巷道射线跟踪法结合各种因素造成的损耗来完成在煤矿井下的信道建模,并用最小二乘法对仿真曲线进行拟合,得到井下信道模型的数学表达式。实验仿真及实测结果表明,本文的理论研究与分析具有可靠性,所建立模型能够与实测数据较好的匹配,为煤矿井下无线通信奠定基础。     

基于镜像法的井下巷道无线损耗模型补偿方法

针对目前煤矿井下无线通信网络存在的通信传输损耗及系统构建方面的问题,以无线传感器网络为硬件平台,设计构建井下无线检测定位系统,并运用镜像法分析巷道截面模型对无线电通信接收信号强度的影响,通过研究推导并结合仿真,找到煤矿井下高频无线电信号功率损耗与传播距离的关系和规律,从而建立了井下巷道无线损耗的补偿模型。     

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。     

煤矿井下有限空间无线信道特性研究

为了研究煤矿井下无线电波在信道内的传播特性及影响,基于矩形隧道传播模型分析了不同极化方式下电磁波的衰减特性的近似解。在理论分析的基础上对一个模拟矩形矿井巷道内电磁波的衰减特性进行了仿真。根据结果可知,随着巷道距离的增加电磁波存在严重的快衰落现象。在近距离处场强的增幅很大,变化趋势很大,随着距离的增加,场强衰减变缓。这些结论为矿井无线救援通信技术提供了理论支持。     

KT_6型泄漏通信系统在我矿的应用

<正> 泄漏通信系统有组网灵活、使用方便、声音宏亮清晰等优点,是一种较理想的井下移动通信设备并在煤矿、坑道工程中得到推广应用。下面介绍 KT_6型井下无线电泄漏通信系统在我矿的应用。一、概述井下、坑道为非自由空间,电磁波传播规律与地面自由空间传播规律截然不同。1974年原电子工业部、煤炭工业部组织17个单位,进行了从200kH_z～800M     

基于FDTD的电磁波在煤中传播特性

针对矿山灾害事故发生时,逃生通道被堵,被困人员位置难以确定这一难题,以钻孔生命雷达为手段,开展了电磁波在煤矿井下传播规律的研究。采用时域有限差分法(FDTD)建立井下二维空间磁场(TM)模型,利用Gpr Max和Matlab数值软件对模型进行正演模拟计算。通过理论分析与正演模拟,研究了天线中心频率、激励源、煤质与煤温等条件改变时,反射波的幅值强度与反射系数变化规律,目标的探测时间与分辨率,揭示了电磁波在煤体中的传播规律。研究结果表明:天线中心频率为600 MHz的Ricker激励源是最佳探测方式;电磁波在烟煤中的传播速度最快,褐煤居中,无烟煤最次;电磁波在煤中的传播速度随温度的增加而增大,人体反射波幅值强度则随之减弱;人体反射波幅值强度与探测距离呈对数函数关系,据此提出建立相应数据库;确定了生命雷达与被困人员之间煤体厚度的计算方法。研究结果可为生命雷达系统的研发和现场救援探测数据的解释提供参考与支撑。     

综采工作面阵列天线式综合语音通讯系统

针对煤矿井下特殊地质条件和作业环境,依据电磁波在井巷环境下传播的特点和局限性,开发了阵列式天线的无线综合语音通信系统,有较好适应性,现场应用效果较好。     

煤矿井下随钻测量电磁传输信道建模

煤矿井下随钻测量系统目前主要采用有线方式进行信号传输,但是存在通缆钻杆加工技术要求严格、使用成本高等缺点,研制适用于煤矿井下的电磁波随钻测量系统十分必要。与地面钻进中井下-地面电磁传输信道不同,煤矿井下电磁波随钻测量采用孔内-孔口电磁传输信道,电磁信号传输过程中衰减特性亟待研究。基于经典电磁理论,结合煤层及煤层围岩电性,运用等效传输线法,计算了孔口接收电极间信号电压,包括煤岩层导电性、发射信号频率、钻杆电阻率、钻杆长度对接收信号电压的影响。仿真结果表明,相同工作条件下,煤矿井下孔口电极接收电压小于地面电极接收电压,大于地面电极接收电压一半。     

电雷管电磁场中差模响应特性

提出了电雷管电磁场中差模响应特性研究方法。利用传输线理论,建立煤矿许用电雷管简化物理模型,计算不同介质条件下电雷管分布参数,分析研究10 kHz~20 GHz电磁波传播过程、雷管阻抗变化规律;采用Ansoft HFSS电磁场仿真软件与电雷管响应分析结果对比,具有较好的一致性;基于阻抗特性分析结果,建立电雷管不同端面电动势和电流计算方法;基于相同输入条件下的温度变化,形成电雷管输入与桥丝响应的关系。计算分析和仿真结果表明,电雷管在电磁场中敏感频率并不惟一,建立的分析方法是雷管与电磁波理论的紧密结合,为电雷管电磁兼容性分析和设计提供数值分析方法。     

6000V矿用高压电缆工频电磁辐射有限元分析

煤矿井下采用专用电力电缆供电,供电电压等级比较高,其电磁辐射对机电设备和工人身体健康均有一定影响。文章使用有限元方法对矿用6 000 V屏蔽和非屏蔽电缆的工频电场、磁场的辐射情况进行了分析。数值计算结果表明,工频电场使用非屏蔽矿用电缆情况下在测试点可达到281 V/m,使用屏蔽矿用电缆后变为0.007 V/m。工频磁场则为0.3 uT,且与屏蔽层关系不大。     

直线开关磁阻电机气隙磁导的算法研究

依据磁场分割的原则与方法,将磁路的气隙磁场分割为几个不同形状的柱形磁通管,利用该分割法设计了一种精度较高的最大气隙磁导和最小气隙磁导的解析计算方法,并完成了直线开关磁阻电机的电磁设计。然后采用有限元法计算得到的一相推力,验证了该设计方法的可行性。     

双盘式磁力耦合器振动噪声分析与实验研究

为了在双盘式磁力耦合器设计阶段分析振动噪声特性,优化双盘式磁力耦合器设计,提出了一种利用模态叠加原理来分析其振动噪声的方法。双盘式磁力耦合器具有高转矩密度与高效率等优势,因此逐渐发展成为煤矿机械柔性传动装置。由于双盘式磁力耦合内部的转子磁场非正弦分布以及涡电流谐波等因素影响,双盘式磁力耦合器输出转矩中不可避免的存在波动。若根据计算得出的双盘式磁力耦合器的电磁振动噪声特点,在设计时选取振动噪声小的参数进行优化组合,可在实际中降低其电磁振动及噪声,有利于减少制造成本。本文结合双盘式磁力耦合器的结构特征,提出了一种模态叠加响应法计算电磁振动噪声,建立了其电磁径向力的解析模型,并在多物理场耦合作用下分析主要电磁径向力波在工作频率内的谐波响应,最后在额定功率为55 kW双盘式磁力耦合器实验台上进行试验验证。基于麦克斯韦张量法,建立了双盘式磁力耦合器的径向电磁力解析模型,并得出0阶与10阶电磁径向力波是产生振动噪声的最主要原因;利用多物理场耦合分析法进行谐波响应NVH特性分析,结果显示0阶力波的振动加速度与形变量均大于10阶力波的振动加速度与形变量,因此双盘式磁力耦合器的电磁振动主要来源于0阶力波;在额定功率为55 kW,最高转速为1 500 r/min的双盘式磁力耦合器实验台进行振动测试,试验结果显示在1 500 r/min时,试验得出的最大振动峰值及频率约为35 m/s^2和4 950 Hz,与有限元仿真结果的误差对应为6.3%和1.1%;而当变频电机的输入转速依次增大时,振动加速度的理论值、仿真值与试验值的曲线形态较为接近,误差较小;噪声估计值与实测值的最大误差仅为8.9%,基本验证了本文所提出模态叠加法的正确性。     

Detection technology and application of electromagnetic method for hidden danger of water gushing at coal face

The principles, methods, technologies and application effects of several electromagnetic methods for the detection of the hidden danger of water gushing at the coal face were introduced. Also, emphasis was laid on expounding the methods, principles and effects of down-hole detections by electric transmission tomography and transient electromagnetic method. The potential of point power supplied in the underground homogeneous semi-space, as well as the response to a low-resistivity abnormal body in the homogeneous semi-space, was simulated by adopting 3-D finite element method to interpret the basic theory of the electric transmission tomography. The results of actual measurement show that the mine electromagnetic method is sensitive to water-bearing low-resistivity bodies and can play a unique role in detecting the hidden danger of water gushing at the coal face. Supported by the National Basic Research of China (2006CB202207); the National Natural Science Foundation of China (40674060)     

对旋轴流式局部通风机叶轮的模态分析

以FBDC№9.0/2×30矿用防爆抽出式对旋轴流局部通风机(叶轮直径0.9 m,2级,单级功率30 kW)为研究对象,按照一定的简化原则,利用有限元分析软件─ANSYS对其叶轮建立了接近实际的三维有限元计算模型,经过模态分析,确定了叶轮的振动特性,得出了叶轮的前6阶固有频率和模态振型,结果表明该叶轮不存在共振现象。样机试验及用户的实际使用证实,叶轮的计算模型正确,分析结果可靠。计算和分析方法为轴流局部通风机叶轮的设计与进一步的动力学分析和研究提供了参考。     

圆柱电磁齿轮传动机理与轮齿结构的研究

基于电磁场原理,研究了圆柱电磁齿轮的结构和传动机理,以及主要结构参数的确定方法。对轮齿的结构形状进行了探讨,并利用ANSYS有限元分析软件对几种不同形状的轮齿进行仿真分析,提出了合理的轮齿结构。     

地空瞬变电磁三维正演模拟及应用研究

煤矿井下工作面形成后，需要经过电磁法探测工作面顶底板及四邻的富含水情况，以保证回采工作安全进行，地空瞬变电磁三维正演研究可以提高探测的精度和效率。研究了地空瞬变电磁三维正演模拟的方法原理及相关理论，分析了关断时段和关断后的电磁响应特征，建立了半空间不含异常体、含有高阻异常体和含有低阻异常体的三维模型，对模型进行积分方程法和FDTD模拟，验证了积分方程法效率高、针对简单模型效果好，而FDTD更适用于复杂地质情况的高精度探测。模拟结果显示，关断时段的电磁响应对高阻异常体反应更明显，关断后的电磁响应对低阻异常体反应更明显。实际应用表明，全波形时域地空瞬变电磁响应三维有限差分数值模拟适用性强，对低阻异常体反应灵敏，探测精度和分辨率高，可为煤矿安全生产提供准确的地质资料，推广应用价值高。