一种井下超声波换能器结构设计

井下超声波换能器是超声波处理油层系统成套设备的关键，直接影响超声波油层处理的效果。井下超声波换能器包括上接头、电感匹配段、声波辐射段以及压力平衡段等四大部分：上接头采用防爆快插结构并通过专用马笼头、传输电缆与地面电源连接；电感匹配段主要由调节螺栓、磁芯、固定片、电感线圈、外壳等组成，可提高电缆传输效率，使换能器得到较大的电功率，并保证换能器在井下高温时保持良好的工作性能；声波辐射段主要由包括内支撑轴、中间支架、压电陶瓷组、预压紧套、甲基硅油、辐射外壳组成，是将电能转换为声波能量，并把声波能量通过环空流体耦合进入地层，对地层进行声波处理，声波辐射段外壳内部是由高性能压电陶瓷材料组成的发声体，外壳与发生体之间充满甲基硅油；压力平衡段主要由活塞、橡胶密封圈、弹簧和活塞缸组成，采用活塞—弹簧结构压力平衡及补偿方法，可保证换能器内外压力平衡，使井下超声波换能器在高温高压环境下保持良好的工作性能。     

矿用钻杆中声波通信技术研究

针对现有几种煤矿井下随钻测量数据传输方式在实际应用中的局限性,提出利用钻杆中传播的声波,实现数据传输,以弥补现有随钻数据传输方式的不足。通过对钻杆柱中声波传播特性的数学分析及试验测试,验证了钻杆柱中声波信号的衰减及适应频率;基于换能器的研究设计了满足煤矿井下工况条件的声波信号源;通过随钻测量数据传输试验,验证了声波在钻杆柱中传输数据的通信效果,证明矿用钻杆中通过声波传输随钻测量数据的可行性。     

随钻测量系统的井下数据传输方式的研究

随着钻井智能化程度的不断提高,井下与地面的信息传输已成为钻井工程领域的重要研究课题,它在随钻测量与控制中占有十分重要的地位。通过信息传输系统可以实时监测随钻信息及地质参数等,进而可以对井下的执行机构进行实时调控。但是信号传输的经济性、可靠性、传输速度以及工艺上的易操作性等问题一直是随钻测量技术发展的关键。而对信号传输方式的选择,对于井下与地面信息的传输具有重要的影响,目前国内对于井下与地面的信息信号传输方式的研究和选择主要是从原理方面进行定性的研究。从各类信号传输方式的原理入手,结合各种传输方式的数学模型,系统地介绍了电缆传输、光纤传输、声波传输、电磁传输、泥浆传输等传输方式的特征及优缺点,及各种传输方式在国内外所取得的最新的仪器成果,为相应的随钻仪器研发提供参考。     

煤矿井下随钻测量数据声波传输系统

煤矿井下坑道钻探是防治瓦斯和水突出最直接、最有效的技术手段,常规回转钻进工艺因为工艺简单、成孔速度快和设备要求低等优点成为煤矿坑道钻探的主流施工方式,但其钻进过程中不能进行钻孔轨迹随钻测量,给煤矿安全开采留下了安全隐患。针对常规回转钻进过程中无法随钻测量钻孔轨迹的关键问题,进行随钻测量数据声波传输的研究,弥补现有随钻测量数据传输方式应用于常规回转钻进的不适应性。首先,通过建立钻杆柱中声波传输数学模型、借助仿真分析软件和搭建声波传输特性试验平台,得到声波在不同钻杆柱结构中传播时幅值衰减和波形变化规律,为数据传输速率的确定提供理论依据;其次,通过建立稀土超磁致伸缩换能器输出特性数学模型和优化激励线圈和预压力系统参数,研制钻孔内声波信号发送装置,为声波传输系统提供大功率高精度信号源;然后,针对接收信号的波形识别问题,通过对识别的信号提取多维特征向量,构建支持向量机分类器,提出SVM多维特征向量提取的波形识别方法,解决煤矿复杂工况条件下声波信号的智能识别问题;最后,通过搭建的随钻测量数据传输平台验证系统在传输距离289.5 m和传输速率10 bit/s条件下的运行效果,证明各模块理论模型、设计...     

2.4 GHz无线传感器节点井下传输性能试验

基于ZigBee协议的无线传感器网络具有易部署、可移动、低功耗等优势,如将其部署在井下,结合现有的井下有线传输系统,可提高矿井监测网络的灵活性.为获得2.4 GHz无线传感器节点在井下的传输特性,在井下工作面完成了实地试验,并对试验结果进行分析.结果表明,2.4GHz的无线传感器节点在井下工作面的有效传输距离可满足ZigBee协议的要求.     

用低比特率传输井下视频图像的一种方法

探讨了煤矿井下监控采用低比特率多媒体传输的必要性，介绍了在基于TMS320C2XX平台上构建低比特视频传输系统的原理，并在考虑了煤矿井下特殊监控环境的基础上，提出了一种用低比特率传输井下视频图像的有效方法。     

井下核子皮带秤高抗干扰远距离信号接收器

介绍了一种简单、实用、具有高抗干扰性的远距离信号接收器，较详细分析了抗干扰电路原理，提出了对于定脉宽信号的封闭前沿和吞沿后沿的抗干扰措施，为井下核子秤信号传输提供了一种简便，可靠的方法。     

测井声波预测岩石力学特性的研究与应用

在室内测定岩石声波速度、可钻性、硬度、单轴抗压强度试验的基础上,利用回归分析方法,探索声波速度与岩石机械破碎性能参数之间、地面声波速度与井下测井声波速度之间相关关系,建立了利用测井声波速度预测地层岩石机械破碎性能参数的数学模型,介绍了预测剖面及资料验证结果,并将这一方法用于计算PDC钻头可钻性以及中国南方海相碳酸盐岩地层的岩石力学参数．研究结果表明,利用声波测井资料预测岩石工程力学特性参数是可行的,而要提高地层岩石工程力学特性参数的预测精度,必须区分岩性剖面类型．     

煤矿井下磁耦合谐振WPT系统优化设计

针对煤矿井下复杂环境,为了提高其WPT(Wireless Power Transmission无线电能传输)功率并降低发射端线圈电压,改进了井下WPT发射端的线圈结构,并提出了适合井下WPT的传输模型。根据电路互感耦合理论,推导出WPT系统传输功率与传输效率的数学表达式,分别阐述了耦合系数、输入频率、负载大小对传输功率与传输效率的影响。设计过程中应用Or CAD与Matlab软件对传输系统各个影响因素进行仿真分析,在此基础上设计并制作了实验平台。实验分析得出此传输系统存在最佳功率传输距离和最佳效率传输距离,总体实验结果与理论仿真结果一致,最后通过与典型WPT系统做对比实验分析,得出改进WPT系统提高了传输功率,可为实际井下WPT提供理论参考。     

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。     

无线射频在开拓巷道中传播特性的研究

在移动通信技术迅速发展的基础上,提出了矿山井下发展移动通信(900MHz频段,上行：890～909MHz;下行：935～954MHz)的思路;针对井下巷道的特点,对当前质量较好、网络较完善的GSM(global system for mobilec ommunication)信号在开拓巷道中传输的特性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)的传输衰落数学模型,为井下开拓巷道中移动通信的应用提供了直接的理论依据。     

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。     

基于ZigBee的煤矿井下水泵房监控系统设计与实现

针对目前煤矿井下水泵房有线监控系统布线困难、可移植性差等缺点。笔者基于ZigBee技术,设计并实现了煤矿井下水泵房无线监控系统。该系统无需在井下铺设网络线路,通过ZigBee传输协议,在地面上完成对井下水泵房整个运行过程的监测显示、控制、保护、报警和管理,并把水泵运行记录等参数以及操作信息保存到数据库。系统为操作人员对水泵房进行监控和维护提供了快速、准确及全面的信息依据,实现了井下水泵房、井上远程监控和自动化管理的目标。实际应用表明,该水泵房无线监控系统大大提高了水泵运行的可靠性和安全性。     

声波对煤粉燃烧特性的影响：研究进展与展望

“双碳”目标的实现对煤炭的清洁高效利用提出了更高的要求。因此，探索煤粉新型清洁高效燃烧技术具有重要意义。声学作为一门基础性和交叉性极强的学科,近年来已渗透到几乎所有重要的自然科学和工程技术领域。尤其在燃煤电站锅炉中，声学技术的应用受到了广泛关注和研究，如基于声学原理的炉内温度场重建、测流、泄漏检测及声波除灰、声波团聚等技术。以上声学技术的研究和应用均涉及到声波传播过程中产生的声物理和化学效应。有关声场作用下煤粉颗粒燃烧特性的研究已有诸多报道，指出利用声波的物理化学效应可以为煤粉颗粒清洁高效燃烧提供新的技术手段。声波助燃技术已被证实是一种高效节能、清洁环保的新型燃烧技术，具有较大潜力。因此，在节能减排政策的高要求下，声波助燃技术在燃煤电站锅炉中的应用推广与发展研究应当得到足够的重视。目前针对声波影响煤粉颗粒燃烧的基础理论研究尚不完善，对声波物理化学效应的作用机制阐述不清。已有的文献中对声波影响煤粉燃烧的研究鲜见专著和综述性文章介绍。鉴于此，本研究较为全面地介绍了声波影响煤粉燃烧的作用机制，分析总结了国内外声波影响煤粉颗粒燃烧的研究现状，厘清了声波影响煤粉颗粒燃烧特性的主要技术研究路线，以...     

矿用巡检机器人系统设计与研究

针对现有煤矿井下轨道式带式输送机巡检机器人续航里程短、爬坡困难等问题,设计了一种轨道和钢丝绳牵引结合的行走机构。首先根据巡检机器人技术要求,对巡检机器人进行了总体方案研究,然后设计了巡检机器人结构、行走机构、轨道安装和数据采集模块。在ADAMS软件中建立了巡检机器人虚拟样机模型,并对其在水平和倾斜两种运动状态的位移变化进行了仿真。该机器人在水平沿轨道方向能够稳定运行|在竖直方向和水平侧摆方向有轻微的波动,但均满足要求|最后搭建了数据采集与传输模块,并对室内环境信息采集测试。结果表明：数据采集与传输模块能够稳定正常工作。因此,该机器人能够为煤矿井下设备运行状态监测提供参考。     

基于信号强度的改进型井下测距算法的研究

针对现有信号强度测距法计算误差较大的问题，研究射频天线性能参数对电磁波传输的影响，提出将天线阻抗特性与能量接收相联系，将水平极化衰减率应用于求解天线回路上任意微分长度元的电磁波功率密度，从而建立了符合井下射频天线特性的信号能量与传输距离的关系式，推导出求解井下基站与目标之间距离的改进型信号强度测距法。选取相同的巷道环境验证了算法改进前后对目标的定位能力，结果表明经过改进后算法得出的目标位置与改进前相比更加准确，定位误差缩小6.9 m2，且改进后算法与改进前相比大幅减少全巷道内基站的布设数量，提高了基站的利用率，充分证明提出的改进型信号强度测距法更加适合井下巷道中的目标测距及定位，计算结果更加准确可靠。     

矿用PON及其演进技术研究

随着智能矿山的建设和发展，井下各类子系统的信息传输需求不断增加，基于工业以太网的矿井通信网络面临拓扑复杂、多网共存、可靠性不足等问题，导致建设和维护成本居高不下。PON是运营商网络中主流的光纤接入技术，具有极简架构、灵活部署等优势，其应用正在从家庭宽带向工业领域扩展，将在矿井通信网络建设中发挥重要作用。通过梳理PON的底层架构，包括系统组成、设备功能以及传输原理，并从分光比、传输距离等维度对当前的10G PON进行规格分析，构建矿井应用部署的理论基础。针对当前网络的痛点问题，设计了以10G PON为基础的矿井F5G网络应用方案：构建一主一从的井下双链路传输系统，并进行实时状态监测，实现故障链路倒换和网络功能自愈；利用VLAN划分及QoS管理机制，对井下不同业务进行逻辑隔离和统一承载，避免矿井网络的重复建设；引入双向加密传输机制，并加强对ONU的有效管理，保障井下数据传输的安全性和可靠性；搭建统一网管平台，实现业务的灵活部署、资源的统一管理、故障的集中监控以及告警的实时上报。结合智能矿山建设需求，提出了矿井PON技术的演进方向：平滑升级50G PON，利用已有的ODN基础设施进行部署，并...     

光纤传输技术在煤矿监控系统中的应用

针对传统电缆在煤矿井下监控系统的数据传输中存在距离短、速度慢、损耗大、抗电磁干扰能力弱等问题,对光纤传输技术、光收发模块原理进行了研究,在井下传感器等监测设备终端与监控分站之间,提出一种单模单纤的光纤模组传输方案。详细介绍了光纤传输模组总体结构、光模块的发送和接收原理、以及光模块在传感器中的应用,并结合实际应用,测试了光纤传输在传感器与监控分站之间的信号传输性能,符合实际应用需求。     

煤矿井下综合业务数字网网络结构的研究

在分析研究煤矿井下综合业务传输信源与信道特征的基础上,提出了一种适合煤矿井下使用的环形互连网结构－－光纤混合接入网。各子系统的信息均以接入方式进入网络传输。同时对网络中的简化路由算法、接入方式、网络传输协议等进行了研究。用DSD开发系统进行了实验,在EIA－232层面上实现井下各种不同传输速率的监测监控系统和数字话音信号的综合传输,结果表明,提出的光纤混合接入网适合煤矿井下信息综合传输的要求,网络协议设计合理。     

煤矿井下无线定位多功能传感器研究

煤矿安全监控系统中最前端的信号采集设备传感器至关重要,但是目前煤矿井下传感器技术有待改进和提升.基于此,开展了煤矿井下无线定位多功能传感器的研究,并对传感器定位性能、多信息传输进行了测试,测试结果表明,煤矿井下传感器的无线传输、定位、故障诊断等核心功能达到预期目标.