一种利用电磁辐射频率特征预测预警煤岩动力灾害的方法与流程

1.本发明涉及一种煤岩动力灾害监测预警方法，具体为一种利用电磁辐射频率特征预测预警煤岩动力灾害的方法。


背景技术：

2.煤岩动力灾害是我国煤矿主要灾害之一，随着开采强度的不断增大和深度的不断增加，煤岩动力灾害更为严重。对煤岩动力灾害的有效监测预警，是灾害防治的关键之一。电磁辐射法作为一种地球物理监测预警方法，可以实现动态、实时、连续的监测预警，已在煤岩动力灾害监测预警领域得到了较为广泛的应用。
3.以往的煤岩动力灾害电磁辐射监测指标多为时域统计参数的时序指标，如计数、强度、能量等，缺乏频域指标，因此有一定的局限性，因此有必要提出一种利用电磁辐射频率特征预测预警煤岩动力灾害的方法以解决上述问题。


技术实现要素：

4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种利用电磁辐射频率特征预测预警煤岩动力灾害的方法，使用宽频带电磁辐射三向天线、电磁辐射监测主机和远程处理终端，包括步骤如下：
5.步骤1，在待测区域确定测点并安装电磁辐射三向天线，各测点相距50m，各测点误差距离控制在1m内；
6.步骤2，测点位置确定后，将各天线统一调整为沿指南针s方向为x轴，水平逆时针90
°
为y轴，通过测距仪水与平仪保证各天线xyz三轴方向一致；
7.步骤3，启动电磁辐射监测主机，通过电磁辐射三向天线对监测区域实行连续、实时监测，采样频率不小于200khz；
8.每隔55min，采集5min的波形；
9.将每次采集到的3个方向的3组电磁信号通过无线传输技术传送至监测主机，并通过井下环网传输至地面远程处理终端；
10.提取3组信号的有效波形，并处理得到电磁信号功率谱密度曲线，提取各组有效波形中的最低主频值作为特征值；
11.步骤4，利用主频值和变化趋势分别进行煤岩动力灾害临界预警和趋势预警，并将两者结合得到某一测点时序预警结果；
12.步骤5，根据预警结果采取相应的措施。
13.与现有技术相比，本发明提供了一种利用电磁辐射频率特征预测预警煤岩动力灾害的方法，具备以下有益效果：
14.本发明从煤岩电磁辐射频域角度出发，提出一种利用电磁辐射频率特征预测预警煤岩动力灾害的方法，对丰富煤岩动力灾害电磁辐射监测预警指标体系，构建更为有效的预警模型，实现对煤岩动力灾害的精确监测预警；
15.此外，该方法也适用于非煤矿山的岩爆灾害监测预警，可为矿山煤岩体失稳破坏类灾害防治提供支撑。
附图说明
16.图1是本发明的流程图。
具体实施方式
17.参照图1，本发明提供一种技术方案：一种利用电磁辐射频率特征预测预警煤岩动力灾害的方法，使用宽频带电磁辐射三向天线、电磁辐射监测主机和远程处理终端，包括步骤如下：
18.步骤1，在待测区域确定测点并安装电磁辐射三向天线，各测点相距50m，各测点误差距离控制在1m内，保证信号的有效采集；
19.步骤2，测点位置确定后，将各天线统一调整为沿指南针s方向为x轴，水平逆时针90
°
为y轴，通过测距仪水与平仪保证各天线xyz三轴方向一致，保证对监测区域的有效监测；
20.步骤3，启动电磁辐射监测主机，通过电磁辐射三向天线对监测区域实行连续、实时监测，采样频率不小于200khz；
21.每隔55min，采集5min的波形；
22.将每次采集到的3个方向的3组电磁信号通过无线传输技术传送至监测主机，并通过井下环网传输至地面远程处理终端；
23.提取3组信号的有效波形，并处理得到电磁信号功率谱密度曲线，提取各组有效波形中的最低主频值作为特征值；
24.步骤4，利用主频值和变化趋势分别进行煤岩动力灾害临界预警和趋势预警，并将两者结合得到某一测点时序预警结果；
25.步骤5，根据预警结果采取相应的措施。
26.本实施例中，所述步骤4中，临界预警方法，
27.定临界值mf1＝40khz，mf2＝100khz；根据3个轴电磁信号功率谱密度曲线，提取3个主频值mf，将其划分为mf《mf1、mf1≤mf《mf2和mf≥mf2三种情况，作为该测点煤岩动力灾害主频值mf临界预警级别。
28.本实施例中，所述步骤4中，趋势预警方法，
29.定义主频值变化率rc，其计算公式为：
[0030][0031]
式中，——第n监测时段主频幅值，单位khz；
[0032]
——第n监测测时段前48h内的主频平均值，单位khz；
[0033]
根据计算所得的3组mf计算得出3组rc，将rc分为rc≥25％、10％≤rc《25％和rc《10％三种情况，作为该测点煤岩动力灾害主频值趋势预警的结果。
[0034]
本实施例中，所述步骤4中，时序综合预警方法，
[0035]
依据层次分析法，mf与rc的不同结果取值如表1和表2所示：
[0036]
表1主频取值表
[0037][0038]
表2主频变化率取值表
[0039][0040]
定义综合危险系数k，其计算公式为：
[0041]
k＝0.6v
mf
0.4v
rc
[0042]
由3组v
mf
和v
rc
计算得到3个综合危险系数k值，取其中最大的k值进行预警，k值与综合预警结果的关系如表3所示：
[0043]
表3综合预警结果表
[0044][0045]
以上所述，仅为发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种利用电磁辐射频率特征预测预警煤岩动力灾害的方法，使用宽频带电磁辐射三向天线、电磁辐射监测主机和远程处理终端，其特征在于，包括步骤如下：步骤1，在待测区域确定测点并安装电磁辐射三向天线，各测点相距50m，各测点误差距离控制在1m内；步骤2，测点位置确定后，将各天线统一调整为沿指南针s方向为x轴，水平逆时针90
°
为y轴，通过测距仪水与平仪保证各天线xyz三轴方向一致；步骤3，启动电磁辐射监测主机，通过电磁辐射三向天线对监测区域实行连续、实时监测，采样频率不小于200khz；每隔55min，采集5min的波形；将每次采集到的3个方向的3组电磁信号通过无线传输技术传送至监测主机，并通过井下环网传输至地面远程处理终端；提取3组信号的有效波形，并处理得到电磁信号功率谱密度曲线，提取各组有效波形中的最低主频值作为特征值；步骤4，利用主频值和变化趋势分别进行煤岩动力灾害临界预警和趋势预警，并将两者结合得到某一测点时序预警结果；步骤5，根据预警结果采取相应的措施。2.根据权利要求1所述的一种利用电磁辐射频率特征预测预警煤岩动力灾害的方法，其特征在于：所述步骤4中，临界预警方法，定临界值mf1＝40khz，mf2＝100khz；根据3个轴电磁信号功率谱密度曲线，提取3个主频值mf，将其划分为mf<mf1、mf1≤mf<mf2和mf≥mf2三种情况，作为该测点煤岩动力灾害主频值mf临界预警级别。3.根据权利要求1所述的一种利用电磁辐射频率特征预测预警煤岩动力灾害的方法，其特征在于：所述步骤4中，趋势预警方法，定义主频值变化率rc，其计算公式为：式中，——第n监测时段主频幅值，单位khz；——第n监测测时段前48h内的主频平均值，单位khz；根据计算所得的3组mf计算得出3组rc，将rc分为rc≥25％、10％≤rc<25％和rc<10％三种情况，作为该测点煤岩动力灾害主频值趋势预警的结果。4.根据权利要求1所述的一种利用电磁辐射频率特征预测预警煤岩动力灾害的方法，其特征在于：所述步骤4中，时序综合预警方法，依据层次分析法，mf与rc的不同结果取值如下所示，主频取值如下：当mf≥100khz时，v
mf
取值为1；当40khz≤mf<100khz时，v
mf
取值为5；当mf<40khz时，v
mf
取值为9；
主频变化率取值如下：当|rc|<10％时，v
rc
取值为1；当10％≤|rc|<25％时，v
rc
取值为5；当|rc|≥25％时，v
rc
取值为9；定义综合危险系数k，其计算公式为：k＝0.6v
mf
0.4v
rc
由3组v
mf
和v
rc
计算得到3个综合危险系数k值，取其中最大的k值进行预警，k值与综合预警结果的关系如下所示：当k值在0—2范围内时，综合预警结果为无风险；当k值在2—4范围内时，综合预警结果为低风险；当k值在4—6范围内时，综合预警结果为中风险；当k值在6—10范围内时，综合预警结果为高风险。

技术总结
本发明公开了一种利用电磁辐射频率特征预测预警煤岩动力灾害的方法，属于煤岩动力灾害监测预警方法。在监测预警区域选定多个测试点，并布置好电磁天线方向及位置，实时、连续采集电磁辐射信号。对采集到的电磁辐射有效信号提取其中的主频值作为特征值，从主频值临界值、主频值变化趋势两方面进行综合预测预警，将综合危险系数K作为监测区域内煤岩动力灾害发生风险的预测预警条件。该方法从频域出发提取监测参数，并形成预警模型，具备较强的抗干扰能力，可大幅度提升预警准确率。可大幅度提升预警准确率。可大幅度提升预警准确率。


技术研发人员：宋大钊 何学秋 王恩元 娄全 邱黎明 刘洋
受保护的技术使用者：中安安全工程研究院 中国矿业大学
技术研发日：2020.07.08
技术公布日：2022/1/10