用于煤与瓦斯突出的三维电磁辐射探测系统研究

摘要

煤炭一直是我国发展社会经济和国民经济的重要基础。但是也可以清楚得看到,在我国每年都会发生多起煤矿安全事故。由于煤矿开采环境的复杂性,每发生一起事故所造成的人员伤亡和经济损失都是巨大的。在煤矿事故中,最为严重的是煤与瓦斯突出事故,占煤矿总事故的30％以上。特别是最近几年,矿井的开采深度越来越深,开采环境越来越复杂难测,从而使煤与瓦斯突出事故发生得概率和强度加大,导致经济损失等呈明显递增的趋势。调查研究表明,这种事故现象在发生之前没有准确预测的主要原因是目前对煤与瓦斯突出预测技术仍然采用的是静态预测法。研究表明,静态预测法的准确性不是很高,易受煤岩体结构和开采周围环境的影响。本文研究了一种基于AR模型预测煤与瓦斯突出的3D电磁辐射预测系统。该系统能够实现了实时、无接触和不受地域限制的预测预报等优点,并可解决现有瓦斯钻孔预测存在的非全局、非实时、非动态、费用高的不足。本论文主要研究以下内容:
　　(1)研究煤与瓦斯突出时电磁辐射信号的传播规律和特征,从而分析根据电磁辐射监测煤与瓦斯突出技术的可行性。
　　(2)为了达到煤与瓦斯突出预测系统的总体要求和实现预期功能,研究设计了系统的总体框架。同时,根据煤与瓦斯突出预测需要快速、准确的要求,给出了一种三个空间相互垂直的偶极子天线感应探测电磁辐射信号。并且利用超外差接收的原理,通过混频、放大、滤波、模数转换等完成感应电磁辐射信号的处理。从理论技术的角度详细研究了数据采集原理。
　　(3)详细介绍了三维电磁辐射监测仪系统的构成。监测仪包括信号采集和数据分析处理两大部分。信号采集电路由超外差接收机电路、射频前端电路、放大电路、带通滤波器以及 A/D转换电路等组成;数据采集和分析处理则是有放大器、A/D转换器、实时处理器、数字信号处理器、FPGA、存储器、微处理器等组成。另外,光纤转USB装置组成数据通信装置,使监测仪与计算机相连接,并将采集到的数据上传至计算机中的软件系统中,从而进行进一步分析处理和预测。
　　(4)对本文研究设计的煤与瓦斯3D电磁辐射预测系统进行了初步的软硬件调试,调试结果表明:该系统运行正常,能够实现实时的数据采集和动态预测,达到预期的功能要求。

目录

封面

声明

目录

中文摘要

英文摘要

第一章 绪论

1.1 选题的目的及意义

1.2国内外关于煤与瓦斯突出预测的常用方法

1.3煤与瓦斯突出监测技术的现状

1.4 本文研究的目标及主要内容

1.5 论文组织结构

第二章 煤与瓦斯突出产生的电磁辐射现象

2.1 受载煤岩体破裂产生电磁辐射的原理

2.2伴随产生的电磁辐射信号传播规律及其衰减特征

2.3 分析使用电磁辐射技术监测煤与瓦斯突出的可行性研究

2.4 本章小结

第三章 煤与瓦斯突出预测系统的实现

3.1 煤与瓦斯突出预测系统的详细设计

3.2 电磁辐射信号监测仪的系统构成

3.3软件的组成及功能

3.4数据误差分析

3.5本章小结

第四章 煤与瓦斯突出预测的AR模型算法

4.1 AR模型简介

4.2 AR模型方法原理

4.3 AR模型阶数确定方法

4.4 模型参数估计

4.5 C#语言与Visual Studio 2010开发工具简介

4.6 AR预测模型的程序设计

4.7本章小结

第五章 总结与展望

5.1 论文总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果

致谢