CN105068123A - 一种煤岩动力灾害电磁辐射定位方法 - Google Patents

Abstract

一种煤岩动力灾害电磁辐射定位方法，属于煤岩动力灾害定位方法。该定位方法：在被监测区域或回采工作面不同位置布置多台煤岩电磁辐射监测仪，信号采样频率不低于5MHz，电磁辐射信号接收天线为全向天线，且各向增益相等，通过信号滤波器进行滤波处理去除干扰信号；当发生煤岩动力灾害时，同步采集各台监测仪所监测到的煤岩电磁辐射信号的强度值，由于各台煤岩电磁辐射监测仪到达灾害发生地点的距离不同，所接收到的电磁辐射信号的强度也不相同；根据电磁辐射信号的衰减模型和相应的公式，将信号强度转换为各个监测仪到信号源的距离，采用三角定位法计算出未知信号源的相对位置，实现对灾害的定位。优点：精度高，速度快，对正常生产干扰小。

Description

一种煤岩动力灾害电磁辐射定位方法

技术领域

本发明涉及一种煤岩动力灾害定位方法，特别是一种煤岩动力灾害电磁辐射定位方法。

背景技术

煤矿煤岩动力灾害主要包括煤与瓦斯突出、冲击地压、顶板事故等，严重威胁着煤矿的安全生产，目前对煤岩动力灾害的监测主要分为静态法和动态法两类。静态法由于工程量较大，作业时间长，对生产影响大，且准确性较低。动态法主要通过连续监测声发射、微震、电磁辐射等煤岩动力灾害过程中煤岩体破裂产生的各种物理信号进行分析预测。

电磁辐射法近些年来在受载煤岩体变形破裂时产生的电磁辐射信号及其变化规律，煤与瓦斯突出和冲击地压等煤岩动力灾害的危险性预测，煤岩动力灾害连续实时监测和预警等方面取得了较大的进展。在电磁辐射煤岩动力灾害定位方面，目前通过单主机加定向天线实现了对煤岩动力灾害危险区域的判定，但对于煤岩破裂时电磁辐射信号发出的准确位置还无法确定，对于防治措施的制定不利。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种煤岩动力灾害电磁辐射定位方法，解决目前煤岩破裂时电磁辐射信号发出的准确位置还无法确定，不利于制定防治措施的问题。

本发明的目的这样实现的，该定位方法：在被监测区域或回采工作面不同位置布置多台煤岩电磁辐射监测仪，信号采样频率不低于5MHz，电磁辐射信号接收天线为全向天线，且各向增益相等，通过信号滤波器进行滤波处理去除干扰信号；当发生煤岩动力灾害时，同步采集各台监测仪所监测到的煤岩电磁辐射信号的强度值，由于各台煤岩电磁辐射监测仪到达灾害发生地点的距离不同，所接收到的电磁辐射信号的强度也不相同；根据电磁辐射信号的衰减模型和相应的公式，将信号强度转换为各个监测仪到信号源的距离，采用三角定位法计算出未知信号源的相对位置，实现对灾害的定位。

各煤岩电磁辐射监测仪同步采集所监测到的煤岩电磁辐射信号的强度值，并将接受到的信号强度值送到监控中心统一处理。

监控中心利用采集到的电磁辐射强度值及已知的各监测仪位置数据进行计算分析，确定电磁辐射信号源的位置，即煤岩破裂发生的地点。

有益效果，由于采用了上述方案，与现有技术相比，该方法对煤岩动力灾害发生的具体位置可以做出准确定位，使得煤矿管理者在制定防治措施时目标变的更加明确，效果更加明显，同时也减少施工工程量以及相应的安全投入，提高了煤矿生产的安全性和经济性。

优点：定位的精度高，速度快，对正常生产干扰小。

附图说明

图1是本发明的现场监测仪器布置图。

图2是本发明的定位原理图。

图中，1、煤岩电磁辐射监测仪；2、监测分站；3、监测中心。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不是用来限制本发明的保护范围。

该定位方法：在被监测区域或回采工作面不同位置布置多台煤岩电磁辐射监测仪，信号采样频率不低于5MHz，电磁辐射信号接收天线为全向天线，且各向增益相等，通过信号滤波器进行滤波处理去除干扰信号；当发生煤岩动力灾害时，同步采集各台监测仪所监测到的煤岩电磁辐射信号的强度值，由于各台煤岩电磁辐射监测仪到达灾害发生地点的距离不同，所接收到的电磁辐射信号的强度也不相同；根据电磁辐射信号的衰减模型和相应的公式，将信号强度转换为各个监测仪到信号源的距离，采用三角定位法计算出未知信号源的相对位置，实现对灾害的定位。

各煤岩电磁辐射监测仪同步采集所监测到的煤岩电磁辐射信号的强度值，并将接受到的信号强度值送到监控中心统一处理。

监控中心利用采集到的电磁辐射强度值及已知的各监测仪位置数据进行计算分析，确定电磁辐射信号源的位置，即煤岩破裂发生的地点。

具体的，一种煤岩动力灾害电磁辐射定位方法，包括如下步骤：

1、在回采工作面A、B、C、D四个不同位置布置四台煤岩电磁辐射监测仪1，参见图1，其中煤岩电磁辐射监测仪1的信号采样频率不低于5MHz，电磁辐射信号接收天线为全向天线，在被监测区域所在平面内各向增益相等，并通过信号滤波去除干扰信号；

2、地面监控中心3通过监测分站2对煤岩电磁辐射监测仪1进行统一授时，使得各监测仪时间同步，当被监测区域的O点发生煤岩动力灾害，即在O点有电磁辐射信号发出，此时各台监测仪同步采集所监测到的煤岩电磁辐射信号的强度值Ea、Eb、Ec、Ed，各台煤岩电磁辐射监测仪到达O点的距离不同，所以接收到的电磁辐射信号的强度Ea、Eb、Ec、Ed也不相同，监测仪将接受到的信号强度值再经监测分站2送到监控中心3；

3、监控中心3对各监测仪送来的信号强度值，根据电磁辐射信号的衰减模型和相应的公式，将信号强度转换为各个监测仪到信号源的距离，由于电磁场强度与距离r之间呈负指数关系变化，每单位距离的增加强度随之衰减α。有

E_i＝E₀-αR_i(1)

式中E_i为监测仪接收到的信号强度

E₀为煤岩动力灾害在O点产生的电磁辐射信号强度

R_i为监测仪到O点的距离

所以 $R_i=\frac{E_0-E_i}{\mathrm{\α}}---\left(2\right)$

4、结合图2，当回采工作面A、B、C、D点的坐标分别为(x₁,y₁)、(x₂,y₂)、(x₃,y₃)、(x₄,y₄)，动力灾害发生位置的坐标为(x，y)则有

(x-x₁)²+(y-y₁)²＝R_a ²

(x-x₂)²+(y-y₂)²＝R_b ²

(3)

(x-x₃)²+(y-y₃)²＝R_c ²

(x-x₄)²+(y-y₄)²＝R_d ²

令结合式2，有

(x-x₁)²+(y-y₁)²＝n(E₀-E_a)²

(x-x₂)²+(y-y₂)²＝n(E₀-E_b)²

(4)

(x-x₃)²+(y-y₃)²＝n(E₀-E_c)²

(x-x₄)²+(y-y₄)²＝n(E₀-E_d)²

解上式可得

$\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ E_0\end{array}\right]=\left(\begin{array}{ccc}2(x_1-x_4)& 2(y_1-y_4)& 2n(E_a-E_d)\\ 2(x_2-x_4)& 2(y_2-y_4)& 2n(E_b-E_d)\\ 2(x_3-x_4)& 2(y_3-y_4)& 2n(E_c-E_d)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{x}_1^2-x_4^2+y_1^2-y_4^2+2n(E_d^2-E_a^2)\\ x_2^2-x_4^2+y_2^2-y_4^2+2n(E_d^2-E_b^2)\\ x_3^2-x_4^2+y_3^2-y_4^2+2n(E_d^2-E_c^2)\end{array}\right)$

从而确定煤岩动力灾害发生位置的坐标(x，y)，实现对煤岩动力灾害的定位。

上述实施例仅为本发明的一种形式，对于实际实施中的监测仪布置数量、位置，及信号传输和计算方法不具有限制意义。

Claims (3)

1.一种煤岩动力灾害电磁辐射定位方法，其特征在于：该定位方法：在被监测区域或回采工作面不同位置布置多台煤岩电磁辐射监测仪，信号采样频率不低于5MHz，电磁辐射信号接收天线为全向天线，且各向增益相等，通过信号滤波器进行滤波处理去除干扰信号；当发生煤岩动力灾害时，同步采集各台监测仪所监测到的煤岩电磁辐射信号的强度值，由于各台煤岩电磁辐射监测仪到达灾害发生地点的距离不同，所接收到的电磁辐射信号的强度也不相同；根据电磁辐射信号的衰减模型和相应的公式，将信号强度转换为各个监测仪到信号源的距离，采用三角定位法计算出未知信号源的相对位置，实现对灾害的定位。

2.根据权利1所述的一种煤岩动力灾害电磁辐射定位方法，其特征在于：各监测仪同步采集所监测到的煤岩电磁辐射信号的强度值，并将接受到的信号强度值送到监控中心统一处理。

3.根据权利2所述的一种煤岩动力灾害电磁辐射定位方法，其特征在于：监控中心利用采集到的电磁辐射强度值及已知的各监测仪位置数据进行计算分析，确定电磁辐射信号源的位置，即煤岩破裂发生的地点。