CN1193743A - 预测含气煤岩砼灾害的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通过监测含气煤岩砼变形破裂电磁辐射信息预测预报含气煤岩砼灾害动力过程及现象的技术方法及装置,它是将高灵敏度宽频带定向接收天线架设在被测区域的中心,天线开口朝向被测区域,由天线接收到的电磁辐射信号经测量电路和单片机系统的数据采集、处理,确定出能反映含气煤岩砼的灾害危险性的电磁辐射强度A和脉冲数N,当A或N超过其预警临界值时,发出警报。本装置结构简单,携带、使用方便,测试准确、可靠。
Description
本发明通过一种监测变形破裂电磁辐射信息监测含气煤岩砼变形破裂过程或预测预报含气煤岩砼灾害的技术方法及设备。
煤岩灾害动力现象范围很广，涉及到许多工程领域和自然灾害。在矿山条件下，有煤与瓦斯突出、岩石与瓦斯突出、矿山冲击、矿震、顶板塌陷和边坡滑移等；在地面上，有山体滑移、地震、坝基失稳及岩石混凝土建筑失稳倒塌等。煤岩灾害动力现象的危害是巨大的，除带来大量的人员伤亡之外，还给国民经济造成巨大的损失。含瓦斯煤岩灾害动力现象尤以煤与瓦斯突出最为典型。在矿山条件下，随着采掘深度的加深和产量的不断增加，煤与瓦斯突出等煤岩灾害动力现象有增加的趋势。
当前所采用的静态工作面突出危险预测方法(钻屑倍率法、钻孔瓦斯涌出初速度法及其它综合指标法)，简称静态法，都是通过钻孔来实现的，因此又可称为钻孔法。静态法打钻及参数测定需占用作业时间和空间，工程量很大，预测作业时间也较长，对生产有一定的影响，预测所需费用也较高。并且这种静态法的准确性也不是很高，易受人工及煤体分布不均匀的影响。煤层或煤体及其内部所含有的瓦斯并不是均匀分布的，也不是稳定的。在钻孔附近取得的预测结果仅仅是局部的，并不能完全代表整个预测步长范围内的突出危险性，在预测时刻取得的结果也只是静态的，并不能完全代表煤体稳定前整个时期内的突出危险性，因为煤体处于动态变化之中，延期突出就是例证。因此动态连续预测的研究正日益引起人们的重视。
目前，突出的动态连续预测有两条途径，其一是声发射监测技术。煤和岩石内部存在大量的裂隙等缺陷。煤岩砼破裂的结果就是裂隙的产生、扩展、汇合贯通。研究表明，裂隙的产生和扩展都将以弹性波的形式产生能量辐射，这就是声发射。美国、加拿大和法国等国家将声发射技术用于岩爆预测，在七十年代中期到八十年代末期前苏联、澳大利亚、美国、德国、日本和波兰等国家对将声发射技术用于预测预报煤与瓦斯突出进行了试验研究，但其效果不是很好。究其原因，主要是由于声发射的技术特点所决定的：①声发射是煤岩材料受载破裂时产生的，在煤岩体的缓慢变形过程中，声发射很弱，甚至不会产生声发射；②声发射技术要求传感器与煤岩砼进行很好的耦合，这在实际现场中是非常困难的，无法实现真正的非接触；③声发射监测系统仪器结构及信号接收、转换都很复杂，排除外界干扰非常困难，特别是在工作场所中。
动态连续预测的另一种方法是利用环境监测系统连续监测工作面的瓦斯涌出变化特征，分析涌出与突出的关系从而预测突出。预测采用的技术指标是掘进工作面放炮后30分钟内的瓦斯涌出量与落煤量的比值V30和瓦斯涌出变动系数Kv。这其实是一种单因素指标，只考虑了瓦斯因素，而对于应力和煤岩体的结构及强度没有考虑，这显然是相当片面的，其可靠性可想而知。
与声发射相比，利用煤岩变形及破裂过程中产生的电磁辐射预测煤与瓦斯突出等灾害动力现象的电磁辐射法有许多优点：电磁辐射信息综合反映了煤与瓦斯突出等煤岩灾害动力现象的主要影响因素；可实现真正的非接触；信息的接收、传输等比较简单，且易于实现定向接收。我们的研究结果还表明，电磁辐射信息较声发射丰富，即使在含瓦斯煤体缓慢的变形过程(或流变过程)中也有信号产生；可望实现从理论上确定预测指标及其临界值。与现行的预报方法相比：更有效快捷，大大减少了工作量，基本不受人工等外界干扰(对于井下机电没备等电磁干扰，则可采取屏蔽或定向接收技术来排除)，可实现连续监测及预报，不影响生产，既能探测煤壁附近的突出危险性及突出危险带的方位，又能检验防突措施的效果。
岩石变形及破裂过程中电磁辐射的研究与地震研究密切相关。前苏联、中国、美国和日本的地震前期都发现有极为明显的电磁异常现象。许多实验结果表明，含压电材料和不含压电材料的岩石都有电磁辐射产生。
在近20～50年内，电磁辐射效应的研究，无论是理论研究，还是在应用研究方面，都取得了飞速发展，但主要集中在地震预报领域。在接收震前电磁辐射信息的方法及仪表方面，也取得了很好成果。贺霞君等研制了地震电磁脉冲微电脑记录仪，并申请了国家发明专利(公开号：CN1062040A)。该地震电磁脉冲记录仪能够记录的频率范围为0.01Hz～2kHz，且只能记录脉冲数。中国专利CN2050174V中公开了一种“地震电磁信息接收机”，该接收机是由地上接收系统、地下接收系统、监测与时标电路及记录系统等部分组成，它是通过地上、地下对比来区别电磁前兆信号与地面干扰信号。显然，该系统过于复杂，仅适于接收来自大规模孕震区域的电磁信号。欧洲专利EP0067924公开了一种“预报地震的方法和装置”，中国专利CN1032240A公开了一种“地震前兆交变电信息接收仪”，上述两项发明均以接收地电信号来进行地震的短临预报，而地电信号是一个非常复杂的物理量，在缺少理论及试验研究的情况下其预报地震的准确性是难以令人信服的。中国专利CN1051625A公开了一种“接收震前电磁辐射的方法及设备”，它是将地震信息天线架设在地质断层附近的大型金属物质表面上，并安装地震测向天线，两组天线捕获的电磁信号对应通过滤波整流及检波电路经A/D模数转换通道进入计算机进行数据处理、分析。
可见，已有的电磁辐射研究成果主要是针对地震领域，测试频率为低频以下，大多为超低频或甚低频，只适于远距离测试坚硬岩石的大规模破坏时产生的电磁辐射，不适于对煤体及软弱岩石变形破裂或较小规模(与地震相比)的强烈变形破坏电磁辐射进行近距离测试。研制的仪表也没有预报功能，仅能接收电磁辐射信号。另外还有一个严重的缺点，就是对受载岩体变形破裂产生电磁辐射的机理和规律特征不清楚，而电磁辐射技术的应用必须建立在对电磁辐射的产生机制和规律进行深入研究的基础之上。用电磁辐射法预测含气煤岩砼较小规模灾害(煤与瓦斯突出、坝基失稳、滑坡和冲击地压等)方面还没有成熟的技术及装置。
本发明主要是为了解决上述不足而提出的，为进一步研究煤岩砼材料的变形破裂机制及过程提供技术手段，为准确应用电磁辐射预测预报含气煤岩砼灾害动力现象提供一套新的有效的装置。发明了一种通过监测含气煤岩砼变形破裂电磁辐射预测含气煤岩砼变形破裂过程及灾害动力现象的技术方法，发明了一种能够准确测定含气或不含气煤岩砼电磁辐射的装置，通过强度和脉冲数两个指标的变化来反映含气煤岩砼的灾害危险程度。装置设计为本质安全型，能够在煤矿井下使用。装置体积小，操作方便，灵敏度高，可实现连续监测或人为设定的不连续监测。具有数据采集、数据处理、数据存储、可与PC机通讯、报警等功能。
我们的研究结果表明，受载煤岩砼变形及破裂过程中有电磁辐射信号产生。电磁辐射和声发射信号并非严格同步。声发射主要集中在煤体破裂较剧烈的过程中，而电磁辐射则在煤岩体的缓慢变形破坏过程中也会出现。这表明，电磁辐射与声发射不是同源辐射，它们之间有着不完全相同的产生机制，电磁辐射信息更能准确反映含气煤岩的破坏发展过程，用电磁辐射来预测煤岩材料的变形破裂过程更可靠。
对煤体变形及破裂过程中得到的电磁辐射信号进行的时域统计分析表明，煤体电磁辐射信号的幅值、脉冲数随载荷及变形破裂强度的增加而呈现增强趋势。
对电磁辐射的频谱分析表明，电磁辐射是频谱很宽的脉冲信号；煤岩体的变形及破裂过程中，电磁辐射的频谱并不是一成不变的，而是随着载荷及变形破裂强度的增加而增高。
含孔隙气体煤变形及破裂过程中产生的电磁辐射不仅与煤体材料的性质有关，而且还和瓦斯气体及其压力有关。瓦斯气体(CO2)使煤体的电磁辐射强度增高，而且瓦斯压力越高，电磁辐射倍号越强。外加交变电磁场和煤体电磁辐射使煤体对瓦斯的吸附能力降低，解吸和放散速度提高，因而也加速并加剧了煤体的破坏过程。
研究结果表明，电磁辐射源于煤岩砼材料的非均质性。是由非均匀变速形变而引起的诱导极化和带电粒子变速运动的结果。
煤岩砼中存在大量缺陷且为非均质多相材料，使得煤岩砼中的应力-应变分布相当不均匀。受载煤岩砼的高应变区主要位于强度不同的颗粒界面处，煤岩砼的破裂主要是沿着颗粒之间的界面而进行的。煤岩砼颗粒之间的作用是通过电场或电荷来完成的。当相邻颗粒之间发生非均匀形变时，其界面处的电平衡被打破，产生电荷迁移，结果是受拉的界面处积累了自由电荷(主要是电子)，而受压的颗粒内部积累了相反符号的电荷。从总体宏观上来看，在试样表面积累了电荷，形成了库仑场(或静电场)。当变形非常缓慢或匀速的情况下，自由电荷来得及消退以适应电平衡的变化，因而对外并不产生电磁(脉冲)辐射。当相邻颗粒之间发生非均匀变速形变时，这种局部激发就会对外产生电磁(脉冲)辐射，这也主要是低频电磁辐射。当变形未造成断裂时，此时并不会产生声发射。
我们通过研究证实，含瓦斯煤体会发生流变。煤体流变主要是煤体在应力作用下发生滑移的结果，这必然会产生电磁辐射，但产生的声发射可能很弱，甚至不会产生声发射。在煤矿井下，工作面煤壁基本稳定之后，处于流变状态时，也会产生一定程度的电磁辐射。
应力诱导极化的结果是在压缩区域形成了以空穴为主，在拉伸区域积累了自由电子。我们的详细研究表明，煤岩材料的破裂呈张拉或“剪切型”张拉形式。煤岩砼的裂纹扩展时，处于裂纹尖端表面区域中的电子在裂隙尖端区域中大量电子形成的电场的作用下，向裂纹内部的自由空间区域发射，形成电子发射。同时，也可能产生带负电的碎屑粒子发射。当发生剪切摩擦时，同样的道理，也会形成带正电的粒子发射。
在裂纹尖端的煤体本相区受拉区域仍表现为负电荷，这就是产生电子加速电场的原因，而周围的压应力区带正电。
发射出来的这些低速运动带电粒子在电场的作用下加速，当带电粒子碰撞到周围环境介质的分子或原子，或碰撞到周围的煤岩砼裂隙表面时会减速，在其变速运动过程中会产生电磁辐射。后者形成的电磁辐射也叫轫致辐射。由于可能形成了大量的带电粒子，因而会产生从低频电磁辐射到X光的宽频带电磁辐射。
可见，煤岩材料变形及破裂时能够产生电磁场，有两种形式：一种是由电荷，特别是试样表面积累电荷引起的库仑场(或准静电场)，另一种是由带电粒子作变速运动而产生的电磁辐射，是一种脉冲波。
煤岩砼变形及破裂过程中产生的电磁辐射与带电粒子的电量及其运动加速度成正比。当然与带电粒子的密度有关，带电粒子数越多，电磁辐射的强度也越高。加载速率越高，变形及破裂过程越强烈，单位时间内形成的带电粒子数就越多，其运动速度也越高，因而煤岩变形及破裂时电磁辐射的强度越高，频率范围也越宽。
研究结果表明，电磁辐射的强度和脉冲数可作为预测预报含气煤岩材料变形及破裂过程的动态监测指标。
利用煤岩电磁辐射的这些特性，我们提出了本发明——电磁辐射法预测含气煤岩砼灾害的方法及装置。
煤岩砼(或含气煤岩砼)动力灾害均有一个准备、发动、发生、发展和结束的过程。预测含气煤岩砼灾害动力现象就是要在其准备及发动阶段，寻求其前兆信息，根据前兆信息判断其灾害的危险程度。现以煤与瓦斯突出为例说明含气煤岩砼灾害的准备及发生过程。
地层中的含瓦斯煤体未受采掘影响时，基本处于准平衡状态。掘进或回采空间形成后，工作面煤体失去应力平衡，处于不稳定状态，煤壁中的煤体必然要发生变形或破裂，以向新的应力平衡状态过渡，即发生流变；煤体中的瓦斯也失去动态平衡，在瓦斯压力梯度的作用下，沿煤体中的裂隙向工作面空间涌出，这两种过程均会引起电磁辐射。即使当工作面煤体处于基本稳定状态时，由于煤体仍然承受着上覆岩层的应力作用，此时工作面煤体处于流变状态，这同样会产生电磁辐射。
如图2所示，在采掘工作面前方，依次存在着三个区域，它们是松驰区域(即卸压带)A、应力集中区B和原始应力区C。采掘空间形成后，煤体前方的这三个区域始终存在，并随着工作面的推进而前移。在A区，煤体已发生屈服，在煤体内部形成了大量的裂隙，煤体已大体破碎，其内部赋存的瓦斯大部分得到释放，煤体已不能承受太大的应力作用。因此该区域的应力较低，瓦斯压力也很低。
由A区到B区，应力及瓦斯压力越来越高，因此电磁辐射信号也越来越强。在应力集中区B，应力和瓦斯压力达最大值，因此煤体的变形破裂过程也较强烈，电磁辐射信号最强。越过峰值区后进入C区，电磁辐射强度将有所下降。沿着工作面煤体深度方向电磁辐射应产生一个应力曲线型的理论曲线。预测时测定的是总体电磁辐射强度和脉冲数，预测范围包含了应力松驰区和应力集中区。
工作面前方的这三个区的范围及距工作面煤壁的距离随周期性掘进或回采工作的进行而发生变化。在新的采掘空间形成的瞬时，工作面煤体卸压带很小，应力集中带的应力集中程度较高。而后向内部逐渐转移，卸压带成为突出的屏障。
突出有两类：一类是瞬时突出，在新的掘进或回采空间形成的瞬时，煤体内地应力和瓦斯压力重新分布，工作面煤壁附近的煤体的应力集中程度较高，当工作面煤体承受不了地应力和瓦斯压力的共同作用时，工作面煤体向采掘空间突出；另一类是延期突出，新的采掘空间形成后，工作面煤体处于流变状态，应力集中带和高瓦斯压力带向煤体深处转移，或逐渐形成并向煤体深处转移，在此过程中，当煤体承受不了地应力和瓦斯压力的作用，且卸压带的煤体不足以抵抗突出时，突出就会发生。但是，煤与瓦斯突出是地应力(包括顶底板作用力和侧向应力)、瓦斯压力和煤体共同作用的结果，是经过一个发展过程后产生的突变行为，肯定有一个明显的前兆，那就是工作面前方煤体处于高应力状态，煤体电磁辐射信号较强，或处于逐渐增强的变形破裂过程中，煤体电磁辐射信号逐渐增强。
电磁辐射和煤的应力状态及瓦斯状态有关，应力高、瓦斯压力大时电磁辐射信号就强，电磁辐射频率就高。应力和瓦斯压力越高，则突出危险越大。电磁辐射强度和脉冲数两个参数综合反映了煤体前方应力的集中程度和瓦斯压力的大小，因此可用电磁辐射法进行突出预测。
通过上述分析，可以认为，电磁辐射是煤与瓦斯突出危险程度的重要信息，可用它进行突出预测预报。
本发明所采用的方法是：架设高灵敏度宽频带定向接收线圈天线，该天线是用可调固定架架设在被测区域的中心，天线开口朝向含气煤岩砼的被测区域，天线与被测区域的距离应小于5米；当被监测区域较大时，采用60°开口的天线；当被监测区域较小时，采用30°开口的天线；当预测含气煤岩砼灾害动力现象时，要求天线的轴向平行于被测煤岩砼的外表面；当预测预报煤与瓦斯突出时，要求天线的轴向与煤层的倾向垂直。由天线接收到的变形破裂电磁辐射信号(频带宽度1kHz～1MHz)，经前置放大电路、电压跟随器后分两路：一路直接送CPU进行脉冲汁数，从而得到采样时间间隔内的信号脉冲数N；另一路经反相加法器、同相放大器、电压跟随器后送接CPU的模数转换(A/D)接口上，由CPU进行A/D转换，确定出采样时间间隔内的极大电磁辐射强度值A。得到的数据存入数据存储器，同时在液晶显示器上显示。当得到的极大电磁辐射值A或脉冲数N超过其相应的预警临界值时，报警器发出警报，同时在液晶显示器上显示出“A＞Amax”或“N＞Nmax”。采样及预报结束后，可通过通讯口与微机连接，将初始参数值及采样结果调入微机，在微机中可对得到的极大电磁辐射强度值A和脉冲数N时间序列进行进一步的趋势分析。构成本发明的装置包括：高灵敏度宽频带定向接收线圈天线、前置放大电路、电压跟随器、反相加法器、同相放大器、89C51单片机(CPU)、地址锁存器、译码器、数据存储器、液晶显示器、报警器、键盘等。
本发明是在经过详细的理论和实验研究的基础上提出的，具有可靠且坚实的理论基础。本发明中采用了非接触式接收天线，实现了真正的非接触式连续预报，也可配备其它接触式天线进行监测及预报。监测预报不影响生产，节省了大量的工作量和费用。本发明提出的预测参数为两个：电磁辐射强度值A和脉冲数N。构成本发明的装置为本质安全型，可用于煤矿井下预测预报煤与瓦斯突出、冲击地压和顶板塌落等，也可用于地面上预测预报滑坡、地震及岩石混凝土建筑的失稳。本发明所采用的天线为定向接收天线，其开口为30°和60°，受人工等外界影响小。本发明所述的测试装置，其测试的电磁辐射频率为1kHz～1MHz，可进行近距离或远距离预测；本发明所述的测试装置具有数据采集、数据存储、报警、数据显示和与PC机通讯等功能，当某一参数超过其临界值时，报警显示；本发明所述的测试装置体积小，携带、操作方便，灵敏度高，可实现连续监测或人为设定的不连续监测。
下面结合附图对本发明作进一步描述：
图1是本发明的电磁辐射监测装置工作原理图。
图2是工作面应力状态分布图。
如图1所示，首先架设高灵敏度宽频带定向接收线圈天线1，该天线为内含铁氧体铁芯的线圈偶极子天线，外面有铜皮屏蔽层，屏蔽层开口方向有30°和60°两种，天线长度为400mm，直径为40mm，灵敏度为50μV/m，其接收频段为1kHz～1MHz。用可调固定架将该天线架设在被测区域的中心，天线开口朝向含气煤岩砼的被测区域，天线与被测区域的距离小于5米最为适宜，视被监测区域的大小而定，确定的原则是将被监测区域刚好包含在天线的开口方向内。当被监测区域较大时，使用60°开口的天线；当被监测区域较小时，采用30°开口的天线。当预测含气煤砼灾害动力现象时，要求天线的轴向平行于被测煤岩砼的外表面；当预测预报煤与瓦斯突出时，要求天线的轴向与煤层的倾向垂直。固定好天线，接通电源，并通过防尘防水触摸式键盘6上的按键进行人机对话，输入采样组数M、采样时间间隔Δt、预警临界值(临界极大电磁辐射强度值Amax和临界脉冲数值Nmax)等参数，也可以通过面板按键来进行时间的设置和校正，输入每个参数后，都要用“确认”键来确认。当准备工作结束后，即可按“开始”键开始采样并预测。信号的采集、转换、处理、存储和报警由本装置自动连续地完成。
由于天线1接收到的变形破裂电磁辐射信号较弱，不能直度进行处理，需要前置放大电路2放大。前置放大电路2是采用由两个运算放大器组成的差动放大电路，运算放大器的型号为TL084JFET，是一种低输入失调电压、高输入阻抗(可达1012Ω)的四运算放大器，可防止因输入阻抗低而引起的电荷泄漏，保证测量精度完全由外接元件控制。整个前置放大电路的放大倍数可在20～2000的范围内调节。前置放大电路2输出的信号经电压跟随器3后分两路：一路为频率计数信号，直接接到单片机9的HSI.1口上，由单片机内部的T2定时器计数，从而得到采样时间间隔内的信号脉冲数N；另一路经反相加法器4后转换成以2.5V为中心的被测信号，再经同相放大器5(放大2～12倍)及电压跟随器后送到单片机9的模数转换接口上，进行模数转换(A/D)。单片机9是采用性能优越的MCS-51系列的89C51单片机(简称CPU)，在程序控制下，CPU对其模数转换口上的被测信号进行A/D转换、数据采集、数据处理，从而确定出采样时间间隔内的极大电磁辐射强度值A，并通过地址锁存器11(74HC373)将测试数据和中间运算结果存放到数据存储器12内，同时在液晶显示器10上显示测试值(脉冲数N、极大电磁辐射强度值A)。这里：数据存储器12是采用32K字节的62256RAM芯片，按每个测试数据存放在三个字节中计算约能存放一万个测试数据，基本满足需要；液晶显示器10是选用MDLS-16168型液晶显示模块，显示字符大，和CPU的接口简单，由3条控制线和8条数据线直接和CPU联接传输。为正确选定某一外围器件，采用译码器74HC138提供片选信号。
为使测量计时方便，本装置选用了一个具有良好人机界面的实时时钟电路，该时钟以实时时钟芯片DS12887为主电路，其时钟精度高，可通过程序或键盘进行时间的设置，通过液晶显示器显示，可输出年、月、日、时、分、秒、星期等信息。芯片内部带有锂电池，不接外部电源可连续运行十年以上。
当测试得到的极大电磁辐射强度值A或脉冲数N超过其相应的预警临界值时，报警器15由CPU控制发出警报，同时在液晶显示器上显示出“A＞Amax”或“N＞Nmax”。
由于实际测试中所获得的测试数据量可能很大，对较多的数据进行处理是单片的能力所不及的，为此在本装置中设置通讯口13。该通讯口为RS-232C串行接口，当采样及预报结束后，可通过该通讯口13与微机14连接，将设置的初始参数值和存数在数据存储器中的测试数据调入微机，在微机上对得到的极大电磁辐射强度值A和脉冲数N时间序列进行进一步的趋势分析，从而获得较好的结果。
为了方便实现测量、通讯、数据查询、功能选择等要求，本装置采用2行×8列键盘6。键盘采用轻接触按键开关，其寿命长，使用方便，由编程实现各按键开关功能，当有按键开关按下时，系统中的蜂鸣器就鸣响一声，表示有键按下，用于提示。
本装置采用的上电复位电路7是由一个电阻、一个二极管和一个电容组成。
本装置采用的电源为两组12V可充电电池，通过三端稳压器7805、三端可调稳压器LM317向装置提供±5V、+5.12V、-2.5V电源电压。
Claims (8)
1.一种通过监测含气煤岩砼变形破裂过程中电磁辐射信息预测预报含气煤岩砼灾害动力过程及现象的技术方法，包括以下步骤：a.架设高灵敏度宽频带定向接收线圈天线(1)接收含气煤岩砼变形破裂电磁辐射信号；b.对接收到的电磁辐射信号进行记录，其特征在于：用可调固定架将天线(1)架设在被测区域的中心，天线开口朝向含气煤岩砼的被测区域，天线与被测区域的距离小于5米最为适宜；当预测含气煤岩砼灾害动力现象时，天线的轴向平行于被测煤岩砼的外表面；当预测预报煤与瓦斯突出时，天线的轴向与煤层的倾向垂直。
2.一种通过监测含气煤岩砼变形破裂过程中电磁辐射信息预测预报含气煤岩砼灾害动力过程及现象的装置，是由天线(1)、前置放大电路(2)、电压跟随器(3)、反相加法器(4)、同相放大器(5)、键盘(6)、报警器(15)、液晶显示器(10)、单片机系统等组成，其特征在于：天线(1)为内含铁氧体铁芯的线圈偶极子天线，外面有铜皮屏蔽层，屏蔽层开口方向有30°和60°两种，天线长度为400mm，直径为40mm，灵敏度为50μV/m，接收频段为1kHz～1MHz。
3.根据权利要求1所述的预测预报含气煤岩砼灾害动力过程及现象的技术方法，其特征在于：由天线(1)接收到的变形破裂电磁辐射信号，经前置放大电路(2)、电压跟随器(3)后分两路：一路为频率计数信号，直接送单片机(9)的HSI.1口上，由单片机内部的T2定时器计数，从而得到采样时间间隔内的信号脉冲数N；另一路经反相加法器(4)转换成以2.5V为中心的被测信号，再经同相放大器、电压跟随器后送单片机(9)的模数转换接口上进行模数转换和数据采集、处理，从而确定出采样时间间隔内的极大电磁辐射强度值A，并将得到的测试数据存入到数据存储器(12)，同时在液晶显示器(10)上显示测试值(脉冲数N、极大电磁辐射强度值A)。
4.根据权利要求1或3所述的预测预报含气煤岩砼灾害动力过程及现象的技术方法，其特征在于：当被监测区域较大时，使用60°开口的天线；当被监测区域较小时，使用30°开口的天线。
5.根据权利要求1或3所述的预测预报含气煤岩砼灾害动力过程及现象的技术方法，其特征在于：当测试得到的极大电磁辐射强度值A或脉冲数N超过其相应的预警临界值时，报警器(15)发出警报，同时在液晶显示器上显示出“A＞Amax”或“N＞Nmax”。
6.根据权利要求1或3所述的预测预报含气煤岩砼灾害动力过程及现象的技术方法，其特征在于：当采样和预报结束后，可通过通讯口(13)与微机(14)连接，将初始参数值和存储在数据存储器(12)中的测试数据输入微机，在微机上对得到的极大电磁辐射强度值A和脉冲数N时间序列进行进一步的趋势分析，从而获得较好的结果。
7.根据权利要求2所述的预测预报含气煤岩砼灾害动力过程及现象的装置，其特征在于：前置放大电路(2)是采用由两个运算放大器(型号为TL084JFET)组成的差动放大电路，放大倍数可在20～2000的范围内调节；同相放大器(5)的放大倍数为2～12倍；单片机(9)是采用MCS-51系列的89C51单片机，它和地址锁存器(11)、32K字节数据存储器(12)、译码器74HC138、上电复位电路(7)、键盘(6)、RS-232C串行通讯口(13)等组成单片机系统。
8.根据权利要求2或7所述的预测预报含气煤岩砼灾害动力过程及现象的装置，其特征在于：液晶显示器(10)是选用MDLS-16168型液晶显示模块，由3条控制线和8条数据线直接和单片机CPU连接传输；键盘(6)为防尘防水触模式2行×8列键盘。
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