矿井无线电波防爆安全发射功率研究

5G,5.5G,WiFi6,WiFi7,UWB,ZigBee等矿井移动通信系统及人员和车辆定位系统等发射的大功率无线电波有点燃瓦斯和煤尘的风险。因此,需要合理设置防爆无线电设备发射的无线电波防爆安全功率阈值,限制防爆无线电设备发射的无线电波功率。欧洲标准CLC/TR 50427:2004《Assessment of inadvertent ignition of flammable atmospheres by radio-frequency radiation-Guide》规定了爆炸性气体环境中无线电波防爆安全接收点火功率阈值,但缺少无线电波防爆安全发射功率阈值的内容。国家标准GB/T 3836.1—2021《爆炸性环境第1部分:设备通用要求》和国际标准IEC 60079-0:2017《Explosive atmospheres-Part 0:Equipment-General requirements》虽然有无线电波防爆安全发射功率阈值的相关规定,但错误地将欧洲标准CLC/TR 50427:2004中的无线电波防爆安全接收点火功率阈值修改为无线电波防爆安全发射功率阈值,大大降低了爆炸性环境中无线电设备所能允许的最大发射功率。由于煤矿井下没有能作为接收天线的起重机这类细长结构物体,且现有矿井无线通信及定位系统工作频率均远大于30 MHz,所以,无线电波防爆安全接收点火功率阈值应为8 W,而不是国家标准GB/T 3836.1—2021和国际标准IEC 60079-0:2017规定的无线电波防爆安全发射功率阈值6 W。在发射天线发射的无线电波能量全部被等效天线吸收的最不利于无线电防爆的传输和耦合情况下,无线电设备工作频率为等效天线谐振频率时,接收点火功率达到最大,为等效天线接收的总功率的一半,即发射功率的一半。在实际工程中,无线传输效率和耦合效率均不会为1,因此,无线电波防爆安全发射功率阈值应是无线电波防爆安全接收点火功率阈值2倍以上。煤矿井下无线电波防爆安全接收点火功率阈值为8 W,因此,煤矿井下无线电波防爆安全发射功率阈值应大于16 W。

无线电波发射功率防爆要求与检测方法

现行国家标准GB/T 3836.1—2021《爆炸性环境第1部分:设备通用要求》和国际标准IEC 60079-0:2017《Explosive atmospheres-Part 0:Equipment-General requirements》规定无线电发射器的阈功率为无线电发射器的有效输出功率与天线增益的乘积。在无线电波防爆安全发射功率阈值一定的条件下,天线增益越大,无线电发射器的有效输出功率就越小,这将限制通过增大天线增益,提高无线传输距离。因此,有必要对国家标准GB/T 3836.1—2021和国际标准IEC 60079-0:2017中规定的阈功率的正确性进行研究,提出合理的无线电波发射功率防爆要求与检测方法。提出了无线电波防爆安全发射功率与天线增益无关,国家标准GB/T 3836.1—2021和国际标准IEC 60079-0:2017规定的无线电发射器的阈功率是错误的。提出了煤矿井下无线电波防爆安全发射功率阈值应大于16 W,且与天线增益无关;国家标准GB/T 3836.1—2021和国际标准IEC 60079-0:2017规定阈功率不得大于6 W,且与天线增益相关,是错误的。提出了无线电波防爆安全性能检测方法——检测无线电发射器输出功率,这既可保证通过检测的防爆无线电设备的防爆安全,又简化了检测方法,更提高了防爆无线电设备的无线电波发射功率,解除了对天线增益的限制,将大大提高煤矿井下防爆无线电设备的无线传输距离。

煤矿用5G关键技术研究现状与发展方向

结合现阶段煤矿用5G研究成果和应用实践经验,从煤矿用5G专网组网架构、覆盖优化、智能化应用场景构建3个方面分析了煤矿用5G关键技术研究现状与发展方向。煤矿用5G专网组网方面:煤炭集团级大规模组网和矿井独立专网2类模式可满足煤矿用5G系统建设部署需求。煤矿用5G无线覆盖增强方面:煤矿用5G无线传输性能需要持续研究和提升,现阶段宜采用低频段(1 GHz以下)多载波SUL(补充上行链路)进行煤矿用5G的覆盖优化;针对井下无线电波防爆安全功率阈值可能实现的突破和提高,需要通过同步提升煤矿用5G基站与终端两侧的无线发射功率,方可实现煤矿用5G系统整体覆盖能力优化;需要开展基于6G RIS(可重构智能超表面)的煤矿用5G覆盖增强技术预研,为无线覆盖能力提升提供进一步支撑。煤矿智能化5G应用场景构建方面:需要开展矿用装备与矿用通信领域的联合技术攻关;研究基于煤矿用5G的装备远程控制及未来装备自主群体协同控制的信息物理映射;研究智能化应用的预期功能安全机制;研发小型化、轻量化及全面适配现场设备工业控制协议的煤矿用5G模组。

开元矿业采煤工作面地质构造探查物探方法研究

开元矿业地质条件复杂,地质构造对工作面回采影响较大,井田内断层、陷落柱发育,是影响该矿生产的主要地质因素,破坏了可采煤层的完整性,减少煤炭资源储量,在生产中要加强对地质构造的探查。针对这一情况,本文以开元矿为研究对象,分别对该矿9101工作面和9403工作面采用无线电波坑道透视和槽波地震的方法进行探查,并圈定了异常区。根据工作面后续开采情况可知,圈定的异常区与实际揭露的断层和陷落柱等地质构造基本一致,说明地质物探工作及时指导了工作面的布置及回采,为矿井安全生产提供技术保障。

综合物探技术在大宽面上覆基岩防治水中的应用

随着煤矿开采深度的逐步增加,井下地质构造尤其是水文地质构造越来越复杂,矿井小构造及井下水害经常困扰着矿井安全和煤炭生产。工作面回采前需查明顶板上覆基岩含水性及内部地质构造,针对工作面含水性及内部构造探测,常用的物探方法有音频电穿透法探测和坑道无线电波透视法探测。由于神东矿区各矿井煤层赋存稳定、煤质优良、开采条件优越,因此回采工作面设计开采宽度大。以鄂尔多斯寸草塔二矿22122工作面为实例,结合坑道无线电波透视法、音频电穿透法2种综合矿井物探方法,探查工作面内部构造情况及工作面顶板上覆基岩富水性。综合2种物探方法和实际水文地质资料对回采工作面进行水害分析,准确预测了大宽工作面上覆岩层的导水性/导水通道,充分论证了电磁波在大宽工作面的有效穿透性,为回采工作面水害防治提供了可靠的依据。

不稳定煤层多场联合勘探综合解译技术研究与应用--以河南新义煤矿为例

地质条件复杂的工作面由于勘探条件较差或者存在多种隐蔽致灾地质因素干扰,导致单一的物探手段难以准确辨识不良地质体,需要采用多种物探方法进行联合勘探,相互补充印证,以解决物探多解性问题。针对新义煤矿11080工作面揭露的大范围薄化带,采用地震槽波速度场、质量场、能量场以及无线电波透视法联合勘探,对不良地质体进行多维度、多方面的探查,开展多场耦合综合解译,圈出了工作面煤层薄化带和开采关注区。结果显示,多场联合勘探综合解译技术能够对复杂地质条件下极不稳定煤层进行有效探查,能够准确判断不良地质体的相关属性,为工作面安全高效生产提供依据,该方法能够在类似地质条件工作面推广。

综合矿井物探在煤矿探放水中的应用研究

层间距较小的上部采空区积水是影响下组煤安全回采的重要因素,不疏放上部采空区积水,将会对未来的工作面回采造成重大隐患,但又不能盲目布置钻孔进行疏放,因此对上部采空区积水范围的探查将会对下一步的疏放水产生重要意义。本文通过对地面与矿井物探、多种矿井物探方法的对比分析后,采用矿井瞬变电磁法和无线电波透视法相结合的综合物探手段对上部采空区积水进行了探查工作。研究结果表明,通过现场数据采集、数据处理、资料解释和综合分析,可以圈定上覆采空区的积水区域,从而为疏放水钻孔的布置提供良好的地质依据,证明了选择方法的准确性和有效性。

无线电波透视法在煤矿地质探测中的应用

本文选择使用无线电波透视法探测观察煤矿地质结构,探查内部隐藏的异常地质构造结构和隐蔽灾害隐患,并结合煤矿井下地质条件基础和工作面构造特征等因素进行分析,提出了无线电波透视法探测流程,在探测方法设定中,根据工作面区情况科学化设置区域场强值和发射接收点位,并结合CT分析法和反演分析法进行了综合分析,确定了本次地质结构探测区域的基本情况,通过数据分析后发现目标煤矿工作面探测区域内煤层赋存形态基本稳定,地质构造较为简易,为工作面开展安全回采工作提供了可靠依据。

综合物探技术在工作面地质构造探测中的应用

针对5305综采工作面推进距离长、回采区域地质构造复杂特点,提出综合采用无线电透视以及槽波地震探测手段进行综合探测,充分发挥无线电透视在确定地质构造类型、槽波地震探测在确定地质构造范围等方面优势,提高采面构造探测效果。对5305综采工作面内布置方案及探测成果进行综合分析,并通过回采揭露、钻探方式进行验证,发现综合探测确定的地质构造类型、位置等与现场实际相吻合,表明采用的综合物探手段可有效指导5305综采工作面回采。

无线电波透视法在何家塔煤矿50106工作面的应用

为保证何家塔煤矿501盘区50106工作面的安全开采,利用无线电波透视法探测50106工作面、其上部异常地质构造及其含水层富水性的垂向及平面分布,为该工作面的防治水设计提供地质依据以及技术支撑。基于50106工作无线电波透视探测反演的实测场强曲线图、实测场强分布图和SIRT反演吸收系数(CT成像)图共同圈定了工作面内3处异常范围分布,推断YC01(850~1000m)、YC02(1300~1900m)和YC03(2950~3970m)异常为冲刷带导致煤层变薄引起的。巷道掘进地质资料表明,YC01和YC02异常所在位置无断层等构造反映。研究表明,采用无线电波透视法可以较好地揭示回采工作面地质构造及其上部顶板不同深度范围的电性异常特征,是保障矿井工作面安全高效生产的有效技术。

长走向大采宽回采工作面断层构造探查预测研究

随着煤炭开采向矿井深部延伸,地质构造愈加复杂,加之长走向大采宽回采工作面的布置,工作面内部隐蔽致灾因素对工作面安全高效回采带来一系列的安全隐患,地质保障技术必须进一步提升。本文根据吕家坨矿6272回采工作面实际工作经验,从基础资料的综合分析、加强物探钻探手段的应用以及强化现场跟踪观测等方面入手,总结并提出了长走向大采宽回采工作面内部隐蔽致灾因素探查预测防治思路。

900 MHz无线电波在地下长壁煤矿的传播

给出了 90 0MHz无线电波在两个地下煤矿采煤工作区的测量结果 ,并用混合传播模型解释了以上结果 .得到的结论为 :在巷道中 ,传播区域被转折点分为两段 ,在转折点前面 ,接收信号电平在 4 2m内下降了 2 7dB ;而在转折点之后 ,接收信号电平下降得很缓慢 ,胶带巷道和车辆巷道中衰减分别为 13 3dB/10 0m ,(6 75 + 10 )dB/10 0m .在采煤区进风巷中 ,传播损耗为 2 2dB/10 0m ,标准偏差为 1 75dB ;在采煤区长壁工作面上 ,传播衰减率均为 75dB/10 0m ,标准偏差小于 2 2dB ;在井下可以采用微蜂窝无线通信系统 .

综合矿井物探技术在探测陷落柱中的应用

提出了探测煤矿陷落柱位置及其富水性的综合矿井物探技术:采用无线电波透视法可确定煤层内异常构造的相对位置,利用矿井瞬变电磁法可根据电阻率的变化来查明探测范围内异常构造的富水情况。重点介绍了这2种矿井物探技术在探测皖北某矿区煤层内陷落柱构造异常的应用情况,同时从理论上说明无线电波透视方法对含水构造的电性特征有明显的反映,研究了综合曲线分析法和层析成像法在资料解释中的应用,总结了"V"字型及半"V"字型综合曲线所反映的水文地质特征。

900MHz无线电波在综采工作面上的传播测试

用９００ ＭＨｚ 无线电波对两个综采长壁工作面进行测试得出， 在以接收电平和距离为变量的曲线图上， 在近区和远区之间有个转折点． 计算了这两个煤矿长壁工作面上的转折点前、后的传播损失的方指数及标准平方差， 显示出这一频率在工作面传播具有很大的衰减．

矿井电磁技术在煤矿安全领域的应用现状及进展

针对矿井电磁技术在煤矿安全保障领域的应用现状,例举了矿井直流电法、矿井瞬变电磁法、矿井无线电波坑道透视法等技术在井下所使用的仪器、装置形式、工作参数、工作环境及能够解决的地质问题与探测精度,指出矿井电磁勘探技术在探明巷道前方与及工作面两侧与顶底板内的含导水构造、断层、破碎带、岩溶、积水采空区等方面具有独特优势,特别是对呈低阻异常的富水范围的圈定,其准确率较高。

无线电波透视在工作面探测中的应用

能源经济高速发展,煤矿在全国能源构成上占主要部分。在煤矿的开采过程中,安全生产的问题日益突出,煤矿生产企业必须精确查明井下灾害情况。本文简单地介绍了无线电波透视法的工作原理和工作方法,探讨井下探测施工、资料处理、资料解释等项工作。以某矿1524工作面为例子,从综合曲线法和层析成像两种方法分别处理,精确解释工作面内的隐伏构造,为回采工作提供依据。

无线输电技术及其在矿井安全监控系统中的应用

介绍了无线输电技术的概念和发展史,依据现有三大无线电能传输标准,重点阐述了电磁感应式、无线电波式、电磁谐振式3种无线电能传输方式,并认为磁耦合谐振式无线电能传输方式最具研究前景;针对煤矿井下工作环境特点和防爆要求,分析了无线输电技术在矿井中的应用前景,指出矿井安全监控系统是无线输电技术的优先发展领域,并依据《煤矿安全规程》及相关行业标准,通过实例分析了矿井安全监控系统应用无线输电技术的需求和意义;指出了矿井无线输电技术需要解决的关键问题。

综合物探技术在带压开采工作面中的应用

阳泉煤业集团五矿8421工作面存在局部带压区,必须查清带压区隐伏灾害地质构造及其含水情况,为工作面安全回采提供保障。通过分析不同物探方法的特点和适用条件,采用无线电波透视法、矿井瞬变电磁法、并行直流电法3种物探方法,对该局部带压工作面进行了综合探测。多种地球物理探测方法相互印证和补充,并结合地质、水文地质条件分析,最终划分出3个底板相对富水区。经采掘验证,物探结果与实际情况相符。

综采工作面薄煤区无线电波多频率透视精细探测

对于综采工作面内的大范围薄煤区,采用无线电波单频率透视探测难以准确反映,严重影响工作面高效安全生产。为更加精细探查大范围薄煤区赋存情况,提出了无线电波多频率透视探测方法。以淮河能源集团张集矿1610A综采工作面为研究对象,根据研究区地质条件,选取0.088、0.158、0.365、0.965MHz4个频率透视探测,圈定了薄煤区范围,对透视场强值及吸收系数值与工作频率的关系进行了分析。结果表明:随工作频率的升高,无线电波透视场强值总体上表现出下降的趋势,煤岩吸收系数值表现出上升的趋势;同一频率探测,煤层变薄程度越低,透视场强值越高,煤岩吸收系数值越低;不同频率探测,煤层变薄程度越低,不同频率的透视场强及吸收系数值差异越小;煤层变薄程度高的薄煤区在多个频率探测结果上均有反映,而变薄程度低的薄煤区仅在较高频率上有反映。多频率探测圈定的2个薄煤区范围与回采揭露验证相符合,证实多频率探测能够有效识别并圈定不同程度变薄区的影响范围,实现对煤层变薄区的精细探测。大于等于0.965MHz频率的无线电波菲涅尔带窄,能量近线性传播,能够识别出走向上相距10 m的2个薄煤区。采用无线电波多频率探测可以实现工作面大范围地质异常区的精细探测。

贵州那罗寨煤矿薄煤层不稳定性评价

那罗寨煤矿位于云贵高原的贵州六盘水市,该矿煤层地质构造较为复杂。实验采用矿井无线电波透视仪法及矿井直流电法综合物探方法进行工作面探测,为贵州煤矿不稳定煤层工作面回采提供可靠技术支持。