不规则分层地层中电磁波透地传输的衰减特性

分层地层对透地通信电磁波的传播特性有重要影响。现有的研究主要是基于规则分层地层模型对电磁波透地传播特性进行分析,但分层地层往往是不规则的。为此,基于所建立的不规则分层地层模型,将分层地层模型分界面抽象为平面、正斜面和负斜面。根据电磁波入射角与分层地层倾斜角的几何关系,推导了电磁波在不规则分层地层中正向和反向传播时电场强度和磁场强度的衰减情况。仿真表明分层地层的不规则性与电磁波进入分层地层介质的先后次序均对电磁波的传输衰减有重要影响。虽然电场强度和磁场强度随着透地距离的增加都显著地衰减,但电场强度和磁场强度的衰减特性并不相同。此外,无论是对电场还是磁场,由于在分层地层分界面电磁波都要产生反射,因此,电磁波在进入到另外一层媒质时电场强度和磁场强度都会产生一定程度的突变衰减。     

矿井无线透地通信中语音信号压缩的研究

针对矿井无线传输信道信号传输损耗大、传输距离短、传输信道窄、噪声干扰大、传输能力有限、语音信号信噪比低的特点,通过对井下透地传输中语音信号和噪声的分析,基于语音压缩技术提出了一种用于矿井无线透地通信中语音信号压缩的模型。并采用实时通信系统的动态仿真软件Systemview对压缩方案模型进行仿真,验证了压缩方案的可行性。测试结果表明:当语音信号频率在800~3000Hz范围内,抽样频率是4~6倍的最大频率语音信号时,压缩方案基本可以满足设计要求。     

弹性波透地通信分层大地信道的多径特性

通过分析弹性波在平行地层中传播的界面反射及衰减特性,得到了分层均匀介质中弹性波信号传播的多径信道模型,导出了多径延迟与各层的厚度以及层内弹性波纵波的传播速度的关系,以及多径/直达信号比(R MD)的近似算式,同时也探讨了因层间反射导致的多径衰落情况。在神华集团上湾煤矿煤层及围岩钻孔资料基础上建立地层模型并进行了仿真,结果表明：在直达信号正常情况下,多径信号的幅度较直达信号低20 dB以上,多径干扰基本可以忽略,此时即使传输信号带宽大于信道相关带宽B c,由多径导致的衰落仍然是近似平坦的;如果直达信号被遮蔽(比正常值低20 dB以上),信号呈明显频率选择性衰落,衰落深度约15 dB。仿真结果还说明使用直接序列扩频的透地通信,较高的码速率有利于抑制多径效应。     

基于扩频技术的矿井透地通信系统研究

在用信息论的基本原理对透地通信进行分析的基础上,提出采用扩频技术是解决透地通信接收信号微弱问题的有效方法,并设计了透地扩频通信的技术方案,最后通过仿真证明了方案的可靠性。     

平面弹性波信号在地层介质中的传输损耗特性

通过分析弹性波在大地介质中传播的衰减机理,得到简单平行分层大地信道弹性波纵波信号传输总衰减模型,根据沉积地层情况分别建立了平行分层大地信道和准平行分层大地信道模型,并用射线追踪法对平面弹性纵波的传播进行了仿真。仿真结果表明：无论平行地层模型还是准平行模型,弹性波在入射角度小幅度变化的情况下（小于5°）,传输衰耗特性曲线平坦,角度的小幅度变化会造成接收面信号到达位置的偏移,吸收衰减损耗远大于界面反射造成的功率损耗（1 500 Hz处相差约20 dB）。     

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。     

基于超导量子干涉仪的便携式透地通信系统研究

矿井透地通信被认为是矿井灾害时最可靠、最灵活的通信手段,而SQUID在实现矿井透地通信方面具有优越性。根据SQUID的应用特点,研究和设计了基于SQUID的便携式透地语音通信系统;分析了低频信号矿井环境下的透地传播理论,建立了系统磁通密度和信号幅度与渗透深度间的关系,最后进行了仿真实验,仿真表明系统选用4 kHz中心频率调制的正弦波、用QAM16作为编码协议、以2000 bit/s的速率传送,在65 m深处得到的磁场功率谱散布不大,证明了系统的可行性。     

矿井透地信息通信系统调制技术

随着通信技术的发展,矿井透地无线数字通信技术得到迅速发展。透地通信技术在抢险救灾等应急通信中十分有效,但是由于地质条件复杂有时语音通信会受到限制,实践证明短信通信会获得更远的传输距离,传递更准确的信息。采用软件无线电的设计思想,使用直接序列扩频、BPSK调制解调、分组码编码等技术,通过DSP编程来设计并实现了信令和短信息通信。     

基于CELP的矿井无线透地通信语音压缩编码方案

针对矿井抢险救灾时语音在无线透地通信的信道中传输困难的问题,提出了采用码激励线性预测CELP(Code Excited Linear Prediction coding)作为矿井无线透地通信的语音压缩编码方案,以达到对语音信号预处理的目的。利用Mat Lab软件对本压缩方案进行仿真验证,仿真结果表明:采用的压缩方案,在保证译码后语音基本不失真且能主观识别的前提下,能够压缩的语音范围是:250~3 500 Hz,编码速率可低至4.6 kb/s,基本满足了矿井无线透地通信对语音压缩处理的要求。     

GSM信号在井下大巷中传输衰落的研究

在移动通信技术迅速发展的基础上，论文提出了矿山井下发展移动通信的思路；针对井下大巷的特点，对当前质量较好、网络较完善的GSM（global system for mobile communication）移动信号在大巷中传输的衰落情形做出了现场模拟测试与具体的理论分析，并建立了900信号（该频段信号的简称）在大巷中传输衰落的数学模型，为井下大巷中移动通信的应用提供了直接的理论依据。     

Experimental studies on resistance characteristics of high concentration red mud in pipeline transport

Red mud will flow in paste form under high pressure during pipeline transport. It belongs to a two-phase flow of materials with high viscosity and a high concentration of non-sedimentation, homogeneous solid-liquids. In pipeline transport, its resistance characteristics will be influenced by such factors as grain size, velocity, concentration, density, grain composition and pipe diameter etc.. With the independently developed small-sized tube-type pressure resistance test facility, studied the resistance characteristics of red mud concerning the three influencing factors, paste concentration, velocity and pipe diameter, which attract the most attention in projects. The fine grain size of the red mud is d ₅₀= 13.02 μm. According to the experimental results, the pressure loss in transport will increase along with the increase of velocity and will fall along with the increase of pipe diameter. A 1% difference in paste concentration will result in a 50%∼100% difference in pipeline resistance loss. These experimental data is hoped to be direct guidance to the design of high concentration and viscous material pipeline transport system. Supported by Science and Technology Corporation Innovation Fund of China(02C26211100199); PH. D Program Fund(20020290011)     

花岗岩巷道岩爆声发射信号及破裂特征实验研究

以声发射能量、振铃计数、上升时间和主频作为特征参数,对巷道岩爆实验声发射信号进行聚类分析,得到3类声发射信号。深入分析3类声发射信号特征参数,挖掘其对应的物理意义,揭示其反映的破裂特征。基于能量释放率,确定驱动岩爆灾害形成的主要岩石破裂类型。利用该类破裂对应的声发射信号,进行巷道岩爆预测研究。研究结果表明:第1类信号具有高能量、高振铃计数、低上升时间和低主频的“两高两低”特征,对应高强度、大尺度裂纹稳定扩展;第2类信号具有高能量、高振铃计数、高上升时间和低主频的“三高一低”特征,对应高强度、大尺度的裂纹非稳定扩展;第3类信号具有低能量、低振铃计数、低上升时间和低主频的“四低”特征,对应低强度、小尺度的裂纹非稳定扩展。其中,高强度、大尺度的裂纹非稳定扩展是岩爆灾害形成的主要驱动力,该种破裂类型对应的“三高一低”特征信号,能够为岩爆提供早期预警信息,是岩爆灾害预警研究的重点关注对象。     

井下移动通信系统信道的计算

由于煤矿井下电磁环境十分复杂，对于采用传统的方法去开发设计移动通信系统会有较大的盲目性，结合实践介绍了开发设计移动通信系统中信道计算的有效方法，也是应用计算机技术解决浩繁工作的成功探索。     

圆柱状型煤燃烧特性的实验研究

利用正交试验法进行的单颗粒圆柱状型煤燃烧试验所获得结果，进一步在型煤实验台上进行了层燃实验。实验表明，在压力200MPa水平下型煤的燃烧特性可以适合作为层燃炉的燃料。     

露天矿渣混合料压实特性试验研究

为模拟露天矿矿渣混合料充填煤矿采空区后的工程性质,利用一种专用的压实试验装置,进行了矿渣混合料压实特性的试验研究;讨论了应力与应变、压实度以及变形模量的关系.研究表明,矿渣混合料在压实过程中,应变随着轴向应力增加而减少,两者之间呈对数关系;变形模量随着应力的增加而线性增加.在相同应力条件下,细小颗粒含量较高的混合料应变较小,压缩模量较高,抗压缩性能较高,充填后对上部岩体的支撑效果较好.     

煤矿井下中频移动通信技术方案研究

分析了煤矿井下移动通信技术的特点,对比了井下不同的移动通信方式,指出中频(IF)无线电通信是煤矿井下恶劣环境中的最有效通信方式,并在技术上给出了设计方案。     

噪声背景下矿井无线通信的弱信号检测技术

文章介绍了我国煤矿井下无线通信现状，分析了技术上存在的难题——巷道条件对无线传输的影响、弱信号接收困难和井下环境噪声的干扰，对解决途径进行了探讨。同时指出．陆地移动通信技术解决方案完全可以解决煤矿井下无线通信难题。     

高应力下花岗岩抗剪强度参数特征试验研究

为促进深部矿产资源的安全高效开采,基于取自程潮铁矿西区-395m水平的主要围岩花岗岩的试件,通过伺服试验系统开展高应力下的常规三轴压缩强度试验,研究花岗岩的破坏、强度和参数特征。研究结果表明:1)随着围压的增加,花岗岩的破坏形式由剪切破坏逐渐向剪切劈裂复合型破坏转变,破坏形态由单一破坏断面逐渐转变为多破坏断面,破坏断裂角逐渐减小。2)花岗岩的三轴强度和抗剪强度与围压的关系在低围压下基本均呈线性,在高围压下则均呈上凸的非线性。3)花岗岩抗剪强度参数具有明显的围压效应特征,具体表现为凝聚力和内摩擦角随着围压的增加分别呈逐渐增大和减小的趋势。结合Hoek-Brown准则对瞬态抗剪强度参数的确定进行了初探,结果表明参数推导值的变化趋势符合参数试验规律,但推导值与试验值存在一定的差异,说明Hoek-Brown准则在表征高应力下岩石三轴强度的非线性上仍存在局限,有待进一步研究。