煤岩电磁辐射理论与技术新进展

煤炭作为我国重要的基础能源和工业原料,其安全开采是保障国家能源安全、支撑经济社会稳定发展的关键。随着浅部煤炭资源的逐渐枯竭,深部开采逐渐成为我国煤炭资源开发新常态,煤岩动力灾害风险随之攀升,严重制约煤炭安全高效开采,对我国煤炭工业可持续发展造成了恶劣的社会负面影响。准确可靠的监测手段是进行煤岩动力灾害防治的必要前提,地球物理监测预警方法通过感知煤岩变形破坏过程中释放的声、电、磁等物理信号来反演煤岩体的损伤破坏状态,已被广泛应用于煤岩动力灾害预警中。其中电磁辐射监测法具有非接触、无损、实时、前兆性强等优势,适用于矿山信息化智能化发展要求。因此,大力推动电磁辐射监测技术的发展,对于煤岩动力灾害防治具有重要意义,可为智慧矿山建设提供重要的技术支持。围绕试验现象、机理模型、技术方法3个方面对电磁辐射理论与技术研究成果进行综述,回顾了电磁辐射现象的发现过程,分析了电磁辐射信号特征、影响因素、力电耦合效应等煤岩电磁辐射特征规律,根据典型电磁辐射机理模型与应力作用、裂纹扩展过程的相关性进行了分类评述,并对现有煤岩电磁辐射监测预警装备及技术方法进行了简要介绍。在此基础上,详细阐述了近年来在煤岩电磁辐射矢量特性研究、煤岩电磁辐射机理微观尺度验证、煤岩电磁辐射定位技术方面取得的新进展。总结了当前煤岩电磁辐射机理未完全揭示和无法实现孕灾区域定位两大理论与技术研究瓶颈,为未来煤岩电磁辐射理论与技术的发展提出了新目标。

孤岛综放面冲击地压前兆信息识别及多参数预警研究

孤岛综放工作面强烈的动压显现使得其发生冲击地压的可能性大大增加,通过运用微地震和电磁辐射综合监测手段分析孤岛综放工作面两次强动压显现事件,获得了工作面煤体发生冲击地压前后能量积聚与释放规律及相应微震和电磁辐射监测数据变化规律,认为工作面煤体发生冲击地压前一般存在一个短暂的能量积聚期,在能量积聚期内微震系统监测到的微震事件的次数和总能量均较少,同时能量积聚期内煤体电磁辐射强度值和脉冲数均持续升高。将工作面微震事件的沉默期以及煤体电磁辐射强度值、脉冲数的持续升高期作为冲击地压的综合前兆信息,并将其转换为量化的预警参数和指标,建立了工作面冲击地压多参数预警方法。现场实践表明,危险识别与灾害预警效果良好。

电磁辐射技术在煤岩动力灾害监测预警中的应用

为了有效准确预测煤岩动力灾害,基于煤岩电磁辐射产生机理、特征和规律的深入研究,提出了煤岩动力灾害电磁辐射监测及预警方法,研制了KBD5型和KBD7型电磁辐射监测仪,并将电磁辐射技术广泛应用于煤岩动力灾害监测及预报,包括煤与瓦斯突出和冲击地压灾害的预测、采空区顶板稳定性监测、围岩应力分布及矿压观测、卸压带宽度确定等.

电磁辐射监测技术装备在煤与瓦斯突出监测预警中的应用

系统阐述电磁辐射监测预警煤与瓦斯突出技术及应用现状,从电磁辐射预测煤与瓦斯突基本原理和方法、电磁辐射监测预警装备及系统、电磁辐射预测突出现场应用3个方面对煤与瓦斯突出电磁辐射监测技术装备及应用成果进行了详细分析。分析结果表明:电磁辐射对工作面突出危险性、瓦斯地质及应力异常等响应较好,是一种有效的非接触煤岩动力灾害地球物理监测预警方法,在突出预测方面具有很好的发展前景。

移动式煤岩电磁辐射监测系统

针对煤岩动力灾害监测过程中电磁辐射信号具有很宽频带的特点,现有电磁辐射监测系统不能对电磁辐射信号连续波形采集与存储、造成监测信号部分信息丢失、可能漏检灾害前兆特征等问题,研制了移动式煤岩电磁辐射监测系统。系统采用32位高性能ARM处理器,能够对井下电磁辐射信号进行连续波形采集与存储;能够同步监测8路电磁辐射信号;采用RS458和CAN总线通信方式,对其他安全监测监控系统具有较好的兼容性。实验室与现场测试表明:系统工作稳定、可靠,能够对井下宽频电磁辐射信号进行连续波形采集与储存,在煤岩动力灾害预测预警中具有广泛的应用前景。

应用遥感图像提取煤层自燃信息时必须考虑的几个影响因素

煤层自燃是中国北方煤田中普遍存在的灾害现象，它不但烧掉了大量的煤炭资源，而且还污染了环境。实践证明，利用遥感影像判别火区位置、圈定火区范围和对火区进行动态监测，及时为灭火工程提供信息，是一项经济和社会意义很大的工作。由于受多种因素的制约，不同地区、不同波段、不同时相、不同空间分辨率的遥感图像，其影像特征（含与煤层自燃有关的热异常影像特征）都有较大的差异，因而从图像上分析和提取地物的热红外辐射特征时，需要考虑遥感图像类型、成像时间、地形条件、气象条件和岩性特征等因素的影响。本文着重讨论了地表辐射温度与上述各项因素之间的关系。

卫星数据与知识库耦合的土壤侵蚀监测方法研究

以大兴安岭地区为研究区,应用"北京一号"卫星数据与同期TM数据进行交叉辐射定标,计算大兴安岭地区植被覆盖度,建立大兴安岭地区土壤侵蚀空间信息数据库。以修正后的通用土壤流失方程(RUSLE)为理论基础,结合地面调查,建立土壤侵蚀知识库,通过构建空间信息与知识库耦合的土壤侵蚀监测方法,对大兴安岭地区的土壤侵蚀强度进行分级。结果检验表明,该方法具有较高的可靠性,"北京一号"能够满足中等分辨率的土壤侵蚀动态监测要求,取得的"北京一号"卫星影像定标参数具有一定的参考价值。

基于SBDART辐射传输模型的夜间辐射雾自动检测及时间序列分析

如何确定合适的阈值来区分夜间辐射雾、晴空地表和中高云一直是雾检测研究的重点。圣巴巴拉DISORT大气辐射传输模型(Santa Barbara DISORT atmospheric radiative transfer,SBDART)可模拟雾顶亮度温度。基于该模型获取MODIS B20与B31波段的亮温差(brightness temperature difference,BTD),将其用于夜间辐射雾检测。以MODIS卫星数据为可行性试验数据,用国家卫星气象中心提供的地面验证数据进行验证,结果表明,使用该模型监测夜间雾的准确率达78.3%,误判率为21.7%,可靠性指标为0.643,Kappa系数为0.730。为进一步验证方法的稳定性,选取8景卫星序列图像进行时间序列分析,结果显示Kappa系数均值为0.744,说明应用当前阈值方法对MODIS夜间雾检测具有可适用性。该方法为夜间雾预报和夜间雾参数反演提供了有效的参考。

600MW超临界锅炉半辐射受热面积灰监测模型研究

针对燃煤锅炉受热面积灰监测的需求,以某电厂600 MW锅炉的半辐射受热面为研究对象,采用污染率作为受热面积灰监测指标建立了监测模型,提出了一种高温区域烟气温度推算方法,在变负荷工况下考虑了锅炉运行动态特性并引入集总参数动态修正模型,研究了稳定负荷和变负荷工况下半辐射受热面的污染率变化趋势.结果表明:稳定负荷下的积灰监测模型能够满足积灰监测的要求,而变负荷工况下的积灰监测模型虽然在一定程度上缓解了负荷变化的影响,但污染率计算结果波动较大,仍受到负荷变化的干扰.

回采作业对冲击地压电磁辐射测量的影响分析

为了分析工作面回采过程中各作业工序对电磁辐射测量的影响,在长沟峪煤矿回采工作面进行跟班测试,并对各回采工序的电磁辐射监测信号进行了定量分析。结果表明,绞车、刮板输送机、电铃等电气设备对电磁辐射测量的影响最大,是在线式电磁辐射监测的主要干扰源;支柱加压、人员走动等非涉电作业活动对电磁辐射测量的影响较小。研究结果为现场使用电磁辐射临界值法判别煤岩动力灾害危险时排除干扰源的影响提供了可靠依据。

新型煤岩电磁辐射监测系统

针对煤矿井下现场存在大量电磁干扰,且煤岩动力灾害中受载煤岩破裂的电磁辐射信号的产生具有突发性、连续性,研制煤岩的电磁辐射信号的监测装置.采用高性能DSP处理器TMS320LF2812和可编程门阵列FPGA为监测系统的核心,进行外围电路的设计.最后进行煤岩压缩破裂试验,对其电磁辐射信号进行监测.研究结果表明:该装置能够较准确提取出煤岩破裂过程中产生的电磁辐射信号,并且能够进行连续波形采集、处理及存储,为能够准确的获取煤岩破裂的电磁辐射前兆信息提供基础.

基于卫星遥感数据的城市规划动态自动监测系统

为实现城市规划动态变化情况自动监测,提出基于卫星遥感数据的城市规划动态自动监测系统。系统利用商业卫星World-View-2采集城市规划遥感数据,并将遥感数据调整为计算机可处理的数据,存储到数据库中,通过辐射定标、大气校正预处理数据库中的遥感数据,并提取道路、用地等城市规划特征,通过无线通信技术将规划特征传输至监测结果发布模块,完成城市规划自动监测结果显示。经实验验证:该系统能够精确监测不同阶段的城市规划情况以及新增土地使用面积变化大小。

综掘生产工艺对煤岩体电磁辐射强度的影响

为了应用电磁辐射法预测煤岩动力灾害,分辨出外界因素对于煤岩电磁辐射值的强度变化的影响,使用KBD7电磁辐射检测仪对沈阳煤业集团红菱煤矿西区综掘工作面进行了7个月的实时监测。对照信号异常期的生产活动时间段,分析综掘生产过程中的人为活动对于煤岩电磁辐射值的干扰情况。结果表明:综掘机的启动所引发的电力负荷对于电磁辐射信号影响较大;在全岩巷道的炮掘阶段,每次放炮后的电磁辐射值变化要高于放炮时的变化。

北京同步辐射1W2B生物大分子束线双丝型BPM实时跟踪监测系统

同步辐射光束位置稳定性对光束强度至关重要,直接会影响到实验数据的质量,因此需要在实验过程中对光束位置进行实时监测.在同步辐射光束线上一般会使用双丝型的光束位置监测器(beam position monitor,BPM)扫描光束,获得光束的截面分布,同时在固定位置的双丝会对光束位置进行静态的实时监测.但是这种监测方式对于入射光束分布有特殊的要求,当光束较大地偏离原有位置时会对双丝BPM造成损伤的危险.北京同步辐射1W2B生物大分子实验站通过采用双丝型BPM实时动态跟踪监测方式,有效地解决了常规监测方式带来的光束分布和光敏丝损伤问题,为实验光束的稳定性研究提供了基础.

合肥光源辐射监测动态发布系统的设计及应用

合肥光源(Hefei Light Source,HLS)是我国第一台专用同步辐射装置,它周围的辐射场是一个有方向性的瞬发混合场,辐射剂量水平随装置的不同运行状态而变化。针对改造后的光源,在原有单点监测系统的基础上,设计开发了一套基于Java动态页面(Java Server Page,JSP)技术的网络化辐射监测数据动态发布系统。系统用于监测HLS运行期间在工作场所和环境中产生的辐射剂量水平,并采用监测点分区化管理以及分区设定报警阈值。同时,该系统整合了加速器EPICS(Experimental Physics and Industrial Control System)系统中的流强数据,实现了加速器运行状态与辐射监测数据的比较分析。目前该系统运行状况良好,方便了管理人员和用户对合肥光源的辐射监测数据进行实时监测和历史查询,也为加速器等其他大型核装置的辐射监测数据对公众公布提供了经验。

建筑混凝土氡污染含量动态监测方法

目的:研究建筑混凝土释放氡污染室内的动态监测方法。方法:使用气相色谱设备观察室内空气持续,采用对比气样色谱差值法屏蔽干扰数据,使用投影空间复合放大法充分放大观测数据,获得小于30s检测周期的实时监测数据。结果:气相色谱法检测结果除对Po的检测敏感度低于活性炭盒法外,其他结果质量均优于活性炭盒法,其检测结果质量接近径迹蚀刻法的检测质量。结论:气相色谱法可以作为建筑室内氡气污染动态监测的数据源。

基于单轴压缩红外辐射的煤岩损伤演化特征

为定量分析煤岩受载过程中红外辐射温度特征参数与煤岩损伤演化规律,采集并分析了煤岩单轴压缩条件下的红外辐射温度数据,根据损伤力学理论构建了煤岩损伤模型,得到了最高红外辐射温度积累量和煤岩损伤之间的关系。结果表明:(1)煤岩受载最高红外辐射温度-时间曲线与载荷-时间曲线有很好的对应关系,最高红外辐射温度能够反映煤岩受载破坏情况;(2)基于最高红外辐射温度积累量的煤岩损伤演化模型能够很好地反映煤岩在单轴压缩条件下裂隙缺陷产生、发展和破坏的演化过程;(3)基于最高红外辐射温度积累量的计算应力和实测应力的整体相关性系数达到0.8以上,呈高度相关,且计算应力-应变曲线峰值超前于实测应力-应变曲线峰值。

空气中^131I动态平衡监测方法模拟研究

在对病人的诊疗过程中,挥发到空气中的^131I会对医务人员造成吸入性内照射。因此,该文设计一种空气中^131I动态平衡监测方法,利用蒙特卡罗模拟软件建立测量模型及本底环境模型,模拟计算测量系统对空气中^131I最小可探测活度浓度,并对其进行分析。模拟计算结果表明,空气中^131I动态平衡监测方法可以应用于空气中^131I的连续动态监测,相对于“累积采样监测方法”免去定期更换碘盒或滤纸等维护操作,有助于实现无人值守连续监测和降低运维成本。

电磁辐射在矿井动力灾害预警中的应用

为检验电磁辐射监测设备对煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出监测的有效性,使用KBD5本安型电磁辐射监测仪对十矿己15.16-24110工作面进行了测试工作。结果表明KBD5电磁辐射设备可检测出工作面和巷道煤帮的采动应力分布状况,也可观测到煤体中的应力瞬间变化,理论上可作为冲击和突出预测预警及卸压解危效果检验的技术手段。

基于静电场感应和电磁辐射的矿山动力监测系统

为了监测矿山动力活动的过程,采用静电场感应和电磁辐射的方法进行矿山动力检测。通过实验分析证明,静电场感应信号在矿山动力活动时最先出现,当活动加剧时出现电磁辐射信号。两种信号包含着矿山动力活动不同阶段的信息,可以更全面的了解矿山动力活动的过程,提前预防动力灾害。