電磁波傳播現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)的研究目的是利用無(wú)線電波透視方法求煤層的吸收系數(shù)β，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)考察一定頻率電磁波在煤巖中傳播的衰減規(guī)律。由于井下地質(zhì)構(gòu)造非常復(fù)雜，存在斷層，對(duì)電磁波的傳播有很大影響，因此，宜選擇地質(zhì)條件正常、干擾因素少的地段進(jìn)行測(cè)試。4.4.1 實(shí)驗(yàn)測(cè)試原理及實(shí)驗(yàn)方案根據(jù)電磁輻射和電磁波傳播原理，在射線光學(xué)近似下，煤層中傳播的電磁波可近似用下式表示：煤巖動(dòng)力災(zāi)害力電耦合式中：H——介質(zhì)中某點(diǎn)實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)，A/m；H0——原始輻射場(chǎng)強(qiáng)，A/m；r——發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的直線距離，m；α——介質(zhì)吸收系數(shù)（衰減系數(shù)）；θ——發(fā)射天線軸與測(cè)點(diǎn)方向夾角，（°）。介質(zhì)吸收系數(shù)α的計(jì)算根據(jù)（4.23）求得。在一定頻率（ω=2πf）下，α是介質(zhì)（煤或巖石）的介電常數(shù)ε、磁導(dǎo)率μ和電導(dǎo)率σ的函數(shù)。實(shí)驗(yàn)測(cè)試方案如下：（1）準(zhǔn)備事項(xiàng)1）測(cè)試前要將接收機(jī)和發(fā)射機(jī)充好電；2）檢查儀器狀況和設(shè)置儀器頻率；3）準(zhǔn)備材料：木桿兩根（1.4～1.8 m）、細(xì)鐵絲一根（用于懸掛天線）、皮尺、粉筆、機(jī)械表兩只。（2）測(cè)試方法1）定點(diǎn)法發(fā)射機(jī)相對(duì)固定，接收機(jī)在一定范圍內(nèi)逐點(diǎn)觀測(cè)其場(chǎng)強(qiáng)值，且發(fā)射機(jī)和接收機(jī)最好置于同一水平上。2）測(cè)點(diǎn)布置· 先了解工作面的地質(zhì)情況：位置、煤層厚度、瓦斯以及含水量等；· 發(fā)射點(diǎn)間距定為50 m；接受點(diǎn)間距為10 m；每一個(gè)發(fā)射點(diǎn)時(shí)在10個(gè)接受點(diǎn)上依次接收（即一個(gè)發(fā)射點(diǎn)接收10次）；· 盡量選擇煤層厚度均勻的工作面或巷道。（3）時(shí)間確定及表格記錄1）測(cè)試前先對(duì)好表，統(tǒng)一測(cè)試時(shí)間；2）記錄表格，如表4.5和表4.6，表4.5為發(fā)射點(diǎn)在下順槽每隔50 m布置時(shí)所測(cè)定的數(shù)據(jù)，表4.6為發(fā)射點(diǎn)在上順槽時(shí)所測(cè)定的數(shù)據(jù)。表4.5 接收?qǐng)鰪?qiáng)測(cè)定值（dB）（f=0.5 MHz）表4.6 接收?qǐng)鰪?qiáng)測(cè)定值（dB）（f=0.5 MHz）4.4.2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)定與數(shù)據(jù)分析（1）工作面地質(zhì)條件潘三礦1452工作面開(kāi)采13號(hào)煤層，上順槽長(zhǎng)度1060 m，下順槽長(zhǎng)度1070 m，傾斜長(zhǎng)度最大200 m，最小150 m。煤層厚度3.5～4.38 m，平均3.9 m。煤層傾角12°～32°，平均18°。工作面揭露斷層5條，最小斷距0.5 m，最大斷距2.0 m，分別位于軌順出煤巷和上下順槽中段。通過(guò)分析，在往工作面方向50～500 m范圍內(nèi)的煤巖是比較均勻的，不存在斷層等特殊地質(zhì)構(gòu)造，因而在此地段測(cè)定的數(shù)據(jù)可以看作1452工作面煤巖的實(shí)際電磁輻射衰減系數(shù)。表4.5和表4.6中的數(shù)據(jù)僅為在此地段所測(cè)定的數(shù)據(jù)。（2）坑透儀器及坑透條件此次坑透采用煤科總院重慶分院生產(chǎn)的WKT-E型坑透儀，工作頻率采用0.5 MHz。上下順槽主要采用錨網(wǎng)支護(hù)，部分地段采用工字鋼支護(hù)，巷道內(nèi)懸掛電纜，安裝有金屬管道。下順槽安裝皮帶機(jī)，工作過(guò)程中采取了停電措施。（3）坑透工作方法采用定點(diǎn)交會(huì)法，上順槽編號(hào)0～106，每10 m一個(gè)點(diǎn)；下順槽編號(hào)500～606，每10 m一個(gè)點(diǎn)。發(fā)射點(diǎn)間距50 m，接收點(diǎn)間距10 m。上下順槽分別進(jìn)行。測(cè)點(diǎn)示意圖如圖4.7。圖4.7 1452工作面坑透儀測(cè)試測(cè)點(diǎn)布置示意圖（4）測(cè)定結(jié)果分析坑透儀測(cè)定時(shí)的衰減系數(shù)α計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性取決于坑透儀測(cè)定的環(huán)境和初始場(chǎng)強(qiáng)值（H0）的準(zhǔn)確性。一般α和H0的確定可以采用以下三種方法：1）計(jì)算方法煤巖動(dòng)力災(zāi)害力電耦合式中：I0——天線電流幅值；λ0——介質(zhì)中電磁波的波長(zhǎng)；L0——天線的有效高度。由于上述公式中的參數(shù)測(cè)定比較麻煩，并且根據(jù)少數(shù)樣品測(cè)定的值不一定能代表大范圍內(nèi)的煤巖介質(zhì)的實(shí)際參數(shù)值。因此，計(jì)算方法在實(shí)際工作中不常采用。2）實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)方法坑透儀測(cè)定的結(jié)果是分貝值（dB），煤巖層電磁波的吸收系數(shù)或衰減系數(shù)α表示單位距離內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)的衰減量（dB/m），坑透儀測(cè)定時(shí)衰減系數(shù)由下式求出［149］：煤巖動(dòng)力災(zāi)害力電耦合式中：H1——1號(hào)測(cè)點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)，dB；H2——2號(hào)測(cè)點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)，dB；r1——發(fā)射點(diǎn)到1號(hào)測(cè)點(diǎn)的直線距離，m；r2——發(fā)射點(diǎn)到2號(hào)測(cè)點(diǎn)的直線距離，m；α——煤巖介質(zhì)衰減系數(shù)，dB/m。從式中可以看出，煤巖層的衰減系數(shù)實(shí)際上是距同一發(fā)射源，而接收點(diǎn)分別為r1，r2的實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)H1，H2與距離的比值。關(guān)于噪聲的處理，吳燕清［148］提出了兩點(diǎn)法、線性回歸方法和迭代線性擬合法，并認(rèn)為迭代線性擬合法可以求得較為準(zhǔn)確的正常場(chǎng)。3）圖解法圖解法是首先繪制lnHr-r線［150］，然后將實(shí)驗(yàn)測(cè)定的H值乘上r，以Hr為縱坐標(biāo)，r為橫坐標(biāo)，在單對(duì)數(shù)坐標(biāo)上繪圖。作出通過(guò)大多數(shù)點(diǎn)能代表測(cè)定區(qū)域的直線（稱為吸收數(shù)線），α就是該直線的斜率，r=0時(shí)的Hr值就是初始場(chǎng)強(qiáng)值H0。實(shí)際上，式（4.27）、（4.28）計(jì)算的是理論場(chǎng)強(qiáng)值，由于介質(zhì)的吸收和散射，以及各種隨機(jī)噪聲（如井下電纜、水管、電子儀器線路以及實(shí)驗(yàn)的偶然誤差等），導(dǎo)致測(cè)定的場(chǎng)強(qiáng)值有一定的誤差。但是考慮到本次現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定是采取了停電措施，有效的減少了各種隨機(jī)噪聲的影響，因此，本文采用理論計(jì)算的衰減系數(shù)值。先利用式（4.28）計(jì)算出0.5 MHz的電磁波在1452工作面煤巖介質(zhì)中各個(gè)距離各個(gè)方向傳播的衰減系數(shù)，然后取平均值，即可得到該煤巖層內(nèi)的衰減系數(shù)。計(jì)算時(shí)取原始場(chǎng)強(qiáng)值為100 dB，衰減系數(shù)平均為0.2 dB/m。第7章獨(dú)巷掘進(jìn)實(shí)例計(jì)算煤巖變形破裂過(guò)程電磁輻射衰減時(shí)取頻率為0.5 MHz的衰減系數(shù)為0.2 dB/m。
備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。