综采工作面煤岩介质雷达超前识别方法研究

煤岩介质识别是采煤机智能化关键技术之一。基于雷达实时性高、适用范围广、非接触性等优点,提出了综采工作面煤岩介质雷达识别方法,并确定了雷达天线的安装位置,区别于综采工作面剩余煤层厚度雷达测量方法,可实现综采工作面煤岩介质的超前动态识别,为采煤机截割滚筒的自主调高和调速提供科学依据。首先,根据空气-煤壁界面处反射波振幅与介质相对介电常数的数学表达式,提出通过对比分析空气-煤壁界面反射波的响应振幅,可以实现综采工作面煤岩介质的识别。然后,设计一维层状介质正演模型,选择400 MHz布莱克曼-哈里斯脉冲作为激励源,引入一阶Mur吸收边界条件,并通过计算正演模型中不同界面深度,验证模拟结果的准确性,模拟结果显示,空气-煤层和空气-岩层界面处反射波振幅分别为19.84和31.43,二者相差1.58倍,通过雷达单道图中界面处响应振幅分析,可以实现煤岩介质识别。最后,选用井下大块原煤和矸石试块进行雷达扫描试验,同一增益下空气-原煤界面与空气-矸石界面雷达波形图响应振幅分别为7092和15029,二者相差2.12倍。以上研究说明,在同一探测环境下,空气-岩层界面反射波振幅远大于空气-煤层界面,通过分析空气-煤壁界面反射波振幅差异可以实现煤岩介质的超前识别。