·512 北京科技大学学报 2003年第6期 a)原始信号 400 (a)入口压力0.40MPa 300 200 0.5 1.0 1.5 100 t/ms 400 ()频谱信号 0 50100 150 200250 频率kHz 200 120 室 (b)入口压力0.80MPa 0 80 0 50 100 150 200 250 频率kHz 40 图3置州原煤甲烷流动时的原始信号和频谱 Fig.3 Original EMR signal and spectrum of methane flow 0 in Huozhou original coal 0 50100150 200250 频率kHz 入口压力分别为0.4,0.8,1.2,1.6MPa,对原始信号 (c)入口压力1.20MPa 用傅里叶变换进行了频谱分析，典型实验结果见 300 图46，煤样主要是霍州原煤和峰峰型煤，电磁辐 射信号是用弧形平板天线采集到的. 2咖 从实验结果来看，稳压流动过程对电磁辐射 案 100 的频谱有较大影响，而且表现出了规律性，从整 体来看，瓦斯气体流动时电磁辐射的频带主要集 中在较低频，在现有的实验条件下一般频率都小 0 50100150200250 频率kHz 于250kHz.无论是原煤还是型煤，甲烷流动时电 500 磁辐射的主频段基本随压力梯度的升高而增大， (d)入口压力1.60MPa 400 尤其当压力超过1.20MPa时表现更为突出.氮气 流动时电磁辐射频谱特征基本与甲烷相似， 300 利用甲烷在煤体中流动对电磁辐射频率的 200 影响规律，可以在现场进行煤与瓦斯突出的预 100 测.瓦斯压力高，流动速度高，突出危险性大，电 o 磁辐射的频率高；压力低，流动速度低，突出危险 0 50100150 200250 性小，电磁辐射信号频率低， 频率kHz 3.3瓦斯流动对电磁辐射频谱影响的机理分析 图4霍州原煤甲烷流动时的频谱图 Fig.4 EMR Spectrum of methane flow in Huozhou orig- 瓦斯在煤体中流动时能够产生电磁辐射，电 inal coal 磁辐射产生的主要原因有瓦斯流动对煤体的冲 击破坏作用、瓦斯流动时产生的动电效应、瓦斯 流速越高，瓦斯气体对煤体的破坏就越强.笔者 流动使煤体裂隙壁面振荡产生的能量耗散. 的研究已经表明，裂隙扩展能够产生电磁辐 煤是一种多孔介质，其孔隙裂隙迂回曲折， 射，扩展速度越快，电磁辐射强度越高.所以瓦斯 当瓦斯气体在其中流动时，必定会对其产生冲击 流动的压力梯度越大，电磁辐射的强度就越高. 破坏作用.研究表明，非平衡态瓦斯气体本身 瓦斯在压力梯度下在煤体中渗流，由于煤体 就可导致煤体的破坏，在压力梯度下，瓦斯在煤 表面上有许多悬键，所以在气体流动时就会在气 体内渗流产生拉伸并导致煤体的破坏，这种破坏 体和壁面形成的气固界面由于空间电荷效应、双 会使煤体内部的裂隙扩展，瓦斯压力梯度越大， 电层现象会产生流动电势，这是与毛细管流动有一 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 ‘ 期 门一，、 曰 入 口 压力 ‘‘ 侧惠友霉 一 脚碘侧酗晌 一 啊 侧燃霉衡 频谱信号 频率 瓜月 入 口 压力 乙， ︸ 侧母惠友 侧籍燃蕊 曰 ‘ ‘ ‘ 以洲区 “ ‘ 曰山巴幽一‘ ‘ 山 一 副 一 ‘ 日 频 率 瓜 图 段 州 原 煤 甲烷 流 动 时 的原 始 信 号 和 频 谱 入 口 压 力 分 别 为 ， ， ， ， 对 原 始 信 号 用傅 里 叶变换 进行 了频谱 分 析 ， 典型 实验 结 果 见 图小 ， 煤 样 主 要 是霍 州 原煤和 峰 峰 型煤 ， 电磁 辐 射 信 号 是 用 弧 形 平 板 天 线采 集 到 的 从 实验 结 果来 看 ， 稳 压 流 动 过程 对 电磁辐 射 的频 谱 有 较 大 影 响 ， 而 且 表 现 出 了规 律 性 从 整 体 来看 ， 瓦 斯 气 体流 动 时 电磁 辐 射 的频 带 主 要 集 中在较低 频 ， 在现 有 的实验 条件 下 一般 频 率 都 小 于 妞 ， 无 论 是 原 煤还 是 型 煤 ， 甲烷 流 动 时 电 磁 辐 射 的主 频 段 基 本 随压 力梯 度 的升 高 而 增 大 ， 尤 其 当压 力 超 过 时表 现 更 为 突 出 氮 气 流 动 时 电磁 辐 射 频 谱 特 征 基 本 与 甲烷 相 似 ， 利 用 甲烷 在 煤 体 中流 动 对 电磁 辐 射 频 率 的 影 响 规 律 ， 可 以在 现 场 进 行 煤 与 瓦 斯 突 出 的预 测 瓦 斯 压 力 高 ， 流 动 速 度 高 ， 突 出危 险 性 大 ， 电 磁辐 射 的频 率 高 压 力低 ， 流 动速度低 ， 突 出危 险 性 小 ， 电磁 辐 射 信 号 频 率低 瓦 斯 流 动 对 电磁 辐 射 频 谱 影 响 的机 理 分 析 瓦 斯 在 煤 体 中流 动 时 能够 产 生 电磁辐 射 ， 电 磁 辐 射 产 生 的主 要 原 因 有 瓦 斯 流 动 对 煤 体 的冲 击 破 坏 作 用 、 瓦 斯 流 动 时 产 生 的动 电效 应 、 瓦 斯 流 动 使 煤 体裂 隙壁 面 振 荡产 生 的 能 量 耗 散 ， 煤 是 一 种 多孔 介 质 ， 其 孔 隙裂 隙迂 回 曲折 ， 当瓦 斯气 体在 其 中流 动 时 ， 必 定会对 其产 生冲 击 破 坏 作 用 研 究 表 明 ‘ ， 非 平 衡 态 瓦 斯 气 体 本 身 就 可 导致 煤 体 的破 坏 ， 在 压 力 梯 度 下 ， 瓦 斯 在 煤 体 内渗 流 产 生 拉伸 并 导致煤 体 的破 坏 ， 这 种 破 坏 会 使 煤 体 内部 的裂 隙扩 展 瓦 斯 压 力 梯度 越 大 ， 频 率 内， ︶ ︸ 入 口 压力 侧友燃要 频 率 服 入 口 压力 ︶、气︸︸‘ 、 ︸ 侧慧霉蓄 ‘ 叨‘ 目‘ 四‘ ‘ ‘ 圳草、 “ 山姆‘ 妇‘ 一 一一 一 吮 一 频率 瓜 图 霍 州 原煤 甲烷流 动 时 的 频谱 图 · 山 流 速 越 高 ， 瓦 斯 气 体 对 煤 体 的破 坏 就 越 强 笔 者 的研 究 已 经 表 明 ‘，， ， 裂 隙扩 展 能够 产 生 电磁 辐 射 ， 扩 展速 度 越 快 ， 电磁辐射 强度 越 高 所 以瓦 斯 流 动 的压 力 梯 度 越 大 ， 电磁 辐 射 的强度 就 越 高 瓦 斯 在 压 力梯 度 下 在煤 体 中渗流 ， 由于 煤 体 表 面 上 有许 多悬 键 ， 所 以在气 体 流 动 时就会 在气 体和 壁 面 形 成 的气 固界面 由于 空 间 电荷 效应 、 双 电层 现 象 会 产 生 流 动 电势 ， 这 是 与 毛 细 管 流动 有