基于改进双向峰-谷搜索算法的煤研模型电磁波正演模拟

摘要

实现放顶煤过程煤研含量自动识别是综采自动化的重要目标,现有煤研含量自动识别方法存在准确性、实时性较低等问题。放顶煤过程产生的煤研混合物是由煤、研石和空气形成的三相介质,各相介质的电性参数不同,在不同组分的混合三相介质中,电磁波的传播特性也不同。煤和研石相对介电常数差异明显,通过研究不同含研率煤研混合物的电性参数,可为放顶煤工作面含研率自动识别提供新的思路和方法。为了探究不同含研率煤混合物的电性差异,提出了一种基于分治策略的双向峰-谷搜索算法,基于该算法建立了煤研多相离散随机介质模型,基于麦克斯韦方程组及其本构关系方程,利用时域有限差分法对所建立的模型进行电磁波正演模拟。分析表明,基于分治策略改进双向峰-谷搜索算法后,煤研多相离散随机介质模型中的煤、研石、空气三相之间不仅存在明显的相界面,且各相离散程度更大,不存在聚集现象,因此局部介质也能体现整体的电性参数,能够满足电磁波正演的介质模型需求。正演模拟结果表明:①激励信号的频率会影响透射波的幅值,在12GHz范围内,激励信号频率越高,透射波幅值越大;频率过低会降低信号的鲁棒性,激励频率应高于2GHz。②煤研混合物的含研率与介质整体的等效介电常数呈正相关。含率越高,电磁波信号的传播损耗越多,接收平面接收到的信号幅值越小,电磁波信号穿透介质所用的时间越长。不同含研率之间呈现明显的差异性,可以用作综采放顶煤含研率识别的依据。