基于電波損耗特性的煤礦工作面上保護(hù)層厚度檢測算法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于電波損耗特性的煤礦工作面上保護(hù)層厚度檢測算法，采用探地雷達(dá)進(jìn)行探測，探地雷達(dá)放置在煤礦工作面的底面上，探地雷達(dá)的發(fā)射端向上發(fā)射電磁波，發(fā)射的電磁波依次穿過煤礦工作面和上保護(hù)層后，反射回波反射回到探地雷達(dá)的接收端，記錄探地雷達(dá)從發(fā)射電磁波到接收到反射回波的時間為t1，計(jì)算出煤礦工作面的高度d1；記錄探地雷達(dá)發(fā)射的電磁波的場強(qiáng)為Ef，計(jì)算發(fā)射電磁波依次穿過上述各層后的場強(qiáng)，以及回射電磁波返回時穿過上述各層后的電磁波，由Ef、E1、E2、E3、E4、E5、E6與Es2之間的相互關(guān)系，推導(dǎo)得出上保護(hù)層的厚度d2。該發(fā)明使得計(jì)算出的混合介質(zhì)的電參數(shù)更加精確，提高了煤層上保護(hù)層探測的精度。
【專利說明】基于電波損耗特性的煤礦工作面上保護(hù)層厚度檢測算法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于地下薄煤層厚度識別與定位方法【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于電波損 耗特性的煤礦工作面上保護(hù)層厚度檢測算法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在進(jìn)行煤礦開采時，為了保護(hù)開采工作面的安全，一般會在工作面頂部預(yù)留一定 厚度的煤層作為上保護(hù)層。若上保護(hù)層太薄，綜采設(shè)備容易破壞煤層上部巖層的結(jié)構(gòu)，這樣 不僅影響煤的質(zhì)量而且容易引發(fā)安全事故；若上保護(hù)層太厚，對上保護(hù)層進(jìn)行二次采煤費(fèi) 用太高，這樣容易造成資源浪費(fèi)，降低煤礦的經(jīng)濟(jì)效益，因此在采煤過程中若能實(shí)時檢測煤 礦上保護(hù)層的厚度，進(jìn)而智能控制綜采設(shè)備的工作參數(shù)，不僅能夠提高煤炭的開采效率及 質(zhì)量，而且可以確保礦井巷道的安全。
[0003] 由于綜采工作面環(huán)境復(fù)雜，煤塵、水霧遍布，實(shí)時探測上保護(hù)層的厚度難度較大。 目前還沒有一種可行的煤礦工作面上保護(hù)層厚度的檢測方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新的基于電 波損耗特性的煤礦工作面上保護(hù)層厚度檢測算法。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，基于電波損耗特性的煤礦工作 面上保護(hù)層厚度檢測算法，包括以下：采用探地雷達(dá)進(jìn)行探測，探地雷達(dá)放置在煤礦工作面 的底面上，底面為煤層，探地雷達(dá)的發(fā)射端向上發(fā)射電磁波，發(fā)射的電磁波依次穿過煤礦工 作面和上保護(hù)層后，反射回波反射回到探地雷達(dá)的接收端，記錄探地雷達(dá)從發(fā)射電磁波到 接收到反射回波的時間為，計(jì)算出煤礦工作面的高度Cl1 ;記錄探地雷達(dá)發(fā)射的電磁波的 場強(qiáng)為Ef，計(jì)算發(fā)射電磁波依次穿過上述各層后的場強(qiáng)，以及回射電磁波返回時穿過上述 各層后的電磁波，電磁波穿過煤礦工作面后的場強(qiáng)E1，在混合氣體/上保護(hù)層分界面上發(fā)生 折射后的場強(qiáng)E2，通過上保護(hù)層后的場強(qiáng)E3，在上保護(hù)層/巖層發(fā)生反射后的場強(qiáng)E4，反射 回波通過上保護(hù)層后的場強(qiáng)E5，反射回波在混合氣體/上保護(hù)層分界面上發(fā)生透射時的場 強(qiáng)E6，反射回波通過煤礦工作面后的場強(qiáng)Es2，由Ef、E2、E 3、E4、E5、E6與Es2之間的相互關(guān) 系，推導(dǎo)得出上保護(hù)層的厚度d2 ;混合氣體分布于煤礦工作面所在的空間。
[0006] 進(jìn)一步地，該煤礦工作面的高度Cl1的值依據(jù)雷達(dá)定位目標(biāo)的公式計(jì)算：

【權(quán)利要求】
1. 基于電波損耗特性的煤礦工作面上保護(hù)層厚度檢測算法，其特征在于，包括以下： 采用探地雷達(dá)進(jìn)行探測，所述探地雷達(dá)放置在煤礦工作面（5)的底面上，所述底面為 煤層（4)，所述探地雷達(dá)的發(fā)射端向上發(fā)射電磁波，所述發(fā)射的電磁波依次穿過煤礦工作面 (5)和上保護(hù)層（2)后，反射回波反射回到探地雷達(dá)的接收端，記錄探地雷達(dá)從發(fā)射電磁波 到接收到反射回波的時間為h，計(jì)算出煤礦工作面（5)的高度Cl1 ; 記錄探地雷達(dá)發(fā)射的電磁波的場強(qiáng)為Ef，計(jì)算發(fā)射電磁波依次穿過上述各層后的場 強(qiáng)，以及回射電磁波返回時穿過上述各層后的電磁波，電磁波穿過煤礦工作面（5)后的場 強(qiáng)E1，在混合氣體/上保護(hù)層分界面（6)上發(fā)生折射后的場強(qiáng)E2，通過上保護(hù)層（2)后的場 強(qiáng)^，在上保護(hù)層/巖層（1)發(fā)生反射后的場強(qiáng)E4，反射回波通過上保護(hù)層（2)后的場強(qiáng) E5，反射回波在混合氣體/上保護(hù)層分界面（6)上發(fā)生透射時的場強(qiáng)E6，反射回波通過煤礦 工作面（5)后的場強(qiáng)Es2，由Ef、E1、E2、E 3、E4、E5、E6與Es2之間的相互關(guān)系，推導(dǎo)得出上保護(hù) 層（2)的厚度d2 ;所述混合氣體分布于煤礦工作面（5)所在的空間。
2. 按照權(quán)利要求1所述的基于電波損耗特性的煤礦工作面上保護(hù)層厚度檢測算 法，其特征在于，所述煤礦工作面（5)的高度Cl1的值依據(jù)雷達(dá)定位目標(biāo)的公式計(jì)算：
，所述V?表示電磁波在空氣、水霧、煤塵組成的混合氣體中的傳播速度。
3. 按照權(quán)利要求2所述的基于電波損耗特性的煤礦工作面上保護(hù)層厚度的檢測算法， 其特征在于，所述電磁波穿過煤礦工作面（5)后的場強(qiáng)E1采用電磁波在混合氣體中的路徑 衰減公式計(jì)算：，所述a s表示混合氣體的衰減常數(shù)。
4. 按照權(quán)利要求3所述的基于電波損耗特性的煤礦工作面上保護(hù)層厚度檢測算法，其 特征在于，所述電磁波在混合氣體/上保護(hù)層分界面（6)上發(fā)生折射后的場強(qiáng)E2采用電磁 波發(fā)生透射時的計(jì)算原理計(jì)算
，所述e s表示煤的介電常數(shù)，e $表 示混合介質(zhì)的介電常數(shù)。
5. 按照權(quán)利要求4所述的基于電波損耗特性的煤礦工作面上保護(hù)層厚度檢測算 法，其特征在于，所述電磁波通過上保護(hù)層（2)后的場強(qiáng)民采用路徑衰減公式計(jì)算， 五_; = & & ,所述4表示上保護(hù)層（2)的厚度。
6. 按照權(quán)利要求5所述的基于電波損耗特性的煤礦工作面上保護(hù)層厚度檢測算法，其 特征在于，所述電磁波在上保護(hù)層/巖層（1)發(fā)生反射后的場強(qiáng)E4，根據(jù)電磁波在發(fā)生反射 的計(jì)算原理計(jì)算：
所述e g表示巖石層的介電常數(shù)。
7. 按照權(quán)利要求6所述的基于電波損耗特性的煤礦工作面上保護(hù)層厚度檢測算法，其 特征在于，所述反射回波通過上保護(hù)層（2)后的場強(qiáng)^通過以下計(jì)算=
8. 按照權(quán)利要求7所述的基于電波損耗特性的煤礦工作面上保護(hù)層厚度檢測算法，其 特征在于，所述反射回波在混合氣體/上保護(hù)層分界面（6)上發(fā)生透射時的場強(qiáng)E6通過如
9. 按照權(quán)利要求8所述的基于電波損耗特性的煤礦工作面上保護(hù)層厚度檢測 算法，其特征在于，所述反射回波通過煤礦工作面（5)后的場強(qiáng)Es2采用如下計(jì)算，
10. 按照權(quán)利要求4?9中任一項(xiàng)所述的基于電波損耗特性的煤礦工作面上保護(hù)層厚 度檢測算法，其特征在于，所述混合介質(zhì)的介電常數(shù)和混合氣體電導(dǎo)率的計(jì)算方法采用二 階線性差值的方法進(jìn)行模擬，混合介質(zhì)的介電常數(shù)可以表示為：
【文檔編號】G01S13/88GK104360344SQ201410674514
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月21日
【發(fā)明者】王樹奇, 王振 申請人:西安科技大學(xué)