Vol.25 No.6 聂百胜等：瓦斯流动对电磁辐射频谐的影响 ·511· 机压头等一起放入屏蔽系统内 步骤进行：()将煤样放置到压机的底座上，煤样 孔隙气体容易泄漏，所以为了考察孔隙气体 与压机底座和压头放入塑料胶套内，然后把天线 对煤体变形及破裂过程中电磁辐射的影响，特设 布置在煤样的周围，盖紧压力缸盖，将压机压头 计了实验用的密封压力缸.为了满足煤体及电磁 调整到与煤体接触，(2)检查密封压力缸的气密 辐射天线尺寸的要求，本实验压力缸内径设计为 性，并调整直到系统不再漏气.(3)按图1所示的 160mm,如图2所示.在密封压力缸体与压机压 方式连接好各仪器，检查系统中各仪器的状态， 罩上屏蔽网.(4)基本不加荷载，完全打开瓦斯出 7 口端，在入口端保持一定压力，让瓦斯气体流过 煤样，实验时待瓦斯入口压力稳定时采集的数据 即为稳压流动时的电磁辐射.在流动开始打开进 气阀和结束关闭进气阀也可以采集数据， 3结果与分析 3.1傅里叶变换对电磁辐射信号的频域分析 在各种信号数据处理方面，特别是在频谱分 6 析和各种滤波方法中最基本的工具就是傅里叶 1一压力机压头：2一缸盖：3一缸体：4一电磁辐射传 感器：5一声发射传感器；6一密封圈：7一瓦斯入口： 分析. 8一绝缘纸：9一煤体：10一磁棒天线：11一信号线： 记信号f)的傅里叶变换F(o)为： 12一瓦斯出口 Fo)=∫foe“d山 (1) 图2密封压力缸 在()的连续点处，其逆变换表达式为： Fig.2 Airtight pressure urn f0=2aJaedo (2) 头的接口处，使用了密封圈和密封垫.实验时电 在实际采样过程中，信号是一离散序列，就 磁辐射天线传输信号线出口处采用强力密封胶 必须采用离散傅里叶变换.离散时间序列6… 粘紧，保证其在所测试压力范围内不漏气，经测 -1的离散傅里叶变换为： N-I 试本压力缸最高压力可达5.0MPa. X阳=Ff)=∑6e0,k=0,1…N-1 (3) 该实验系统能够完成受载含瓦斯煤岩电磁 其逆离散傅里叶变换为： 辐射的规律、瓦斯气体吸附解吸过程以及瓦斯气 万=艺e*a-0,1-N-1 (4) 体流动过程对电磁辐射的影响规律等研究内容， 可以通过傅里叶变换对信号进行频谱分析 本次实验主要进行不同瓦斯气体种类、不同瓦斯 研究信号特性，如信号由哪些频率成分组成，主 压力梯度情况下，瓦斯流动过程的电磁辐射特征 频是多少，信号的能量等信息.本文将利用傅里 研究，实验时必须在柱状煤试样外面用胶套套紧 叶变换对电磁辐射信号进行频谱分析，图3为霍 煤样和煤样与压机压头的连接处，使其不漏气， 州原煤甲烷入口压力1.20MPa流动时的原始信 号和用傅里叶变换对其进行的频谱分析，采样颍 2实验样品制作及实验步骤 率为2MH2,电磁辐射信号是用弧形平板天线采 实验所需煤样分为两种：一种是原煤样，它 集到的.所以傅里叶变换能够对电磁辐射信号进 是由井下采取的大块煤体通过加工而成的：一种 行有效分析. 是成型煤样，它是由原煤磨成细小的煤粒用特制 3.2瓦斯气体在煤体中流动电磁辐射的频谱特征 的模具加工成的.煤样加工成φ50mm×100mm的 实验研究了不同瓦斯气体种类、不同瓦斯压 圆柱形样品，煤样主要有平项山型煤、霍州原煤、 力梯度在不同煤样中流动的电磁辐射强度及颍 谱规律，电磁辐射强度特征规律的实验结果详细 3 峰峰型煤等， 本实验研究不同瓦斯气体种类、压力梯度及 见文献[4].本文主要论述瓦斯流动时对电磁辐射 瓦斯流动状态对电磁辐射的影响规律.按照如下 频谱的影响规律.瓦斯气体主要是甲烷和氮气，匕 聂 百 胜 等 瓦 斯流 动 对 电磁 辐 射频 谱 的 影 响 机 压 头等 一起 放 入 屏 蔽 系统 内 孔 隙气 体 容 易泄漏 ， 所 以为 了考 察孔 隙气 体 对 煤体变形 及破裂过 程 中 电磁 辐 射 的影 响 ， 特 设 计 了实验用 的密封压 力 缸 为 了满足煤 体及 电磁 辐 射 天 线尺 寸 的要 求 ， 本 实验 压 力缸 内径 设计 为 ， 如 图 所 示 在 密封 压 力缸 体 与压 机 压 步骤 进 行 将煤 样 放 置 到压 机 的底 座 上 ， 煤 样 与压机底 座 和 压 头放 入 塑料 胶套 内 ， 然 后把 天 线 布 置在煤 样 的周 围 ， 盖 紧压 力 缸 盖 ， 将 压 机 压 头 调 整 到 与煤 体 接触 检 查 密 封 压 力缸 的气 密 性 ， 并 调 整 直 到 系统 不 再 漏 气 按 图 所 示 的 方 式连 接 好 各 仪 器 ， 检 查 系统 中各 仪 器 的状 态 ， 罩 上 屏 蔽 网 基 本 不 加 荷 载 ， 完 全 打 开 瓦 斯 出 口 端 ， 在 入 口 端 保 持 一 定 压 力 ， 让 瓦 斯气 体 流 过 煤 样 ， 实验 时待 瓦斯 入 口 压 力稳 定 时采集 的数 据 即 为稳 压 流 动 时 的 电磁 辐 射 在 流 动 开始 打 开进 气 阀和 结 束 关 闭进 气 阀也 可 以采 集 数据 一压 力机 压 头 一缸 盖 一缸体 一 电磁辐射 传 感 器 一声 发射传感器 一密封 圈 一瓦 斯入 口 一绝 缘纸 一煤 体 一磁 棒 天线 一信 号 线 一瓦 斯 出 口 图 密封压 力缸 头 的接 口 处 ， 使 用 了密 封 圈和 密 封 垫 实验 时 电 磁 辐 射 天 线传 输 信 号 线 出 口 处 采 用 强 力 密 封 胶 粘紧 ， 保 证 其在所 测 试压 力 范 围 内不漏 气 ， 经 测 试 本 压 力缸 最 高压 力可 达 该 实验 系 统 能 够 完 成 受 载 含 瓦 斯 煤 岩 电磁 辐 射 的规 律 、 瓦 斯气 体吸 附解 吸 过程 以及 瓦 斯气 体流 动 过程 对 电磁 辐射 的影 响规律等研 究 内容 本 次 实验 主 要进行 不 同瓦 斯气 体种类 、 不 同瓦 斯 压 力梯度情况 下 ， 瓦斯流 动过 程 的 电磁 辐射特 征 研 究 ， 实验 时必 须在柱状煤试样外 面用 胶套套紧 煤样 和 煤 样 与 压机 压 头 的连 接 处 ， 使 其 不漏 气 结 果 与分 析 傅 里 叶 变换 对 电磁 辐 射 信 号 的频 域 分 析 在 各种信 号数据 处 理 方 面 ， 特 别 是在 频谱 分 析 和 各 种 滤 波 方 法 中最 基 本 的工 具 就 是 傅 里 叶 分 析 记信 号了 的傅 里 叶变换月田 为叭 。 一 仁 一 在八 的连 续 点处 ， 其 逆 变 换 表 达 式 为 。 一 命广“ 。 一“ 在 实 际采 样 过 程 中 ， 信 号是 一 离散序 列 ， 就 必 须 采 用 离散傅 里 叶变 换 离散 时 间序 歹以 沂… 五 一 ， 的离散 傅里 叶变 换 为 双 一 形 一 称 一 亭 ， 、 一 。 ， 卜 一 其逆 离 散 傅 里 叶变 换 为 牛艺双 啧钠， 二 ， …刃一 实验 样 品 制作 及 实验 步骤 实验 所 需煤样 分 为 两 种 一种 是 原 煤样 ， 它 是 由井下 采 取 的大块 煤体通过 加 工 而 成 的 一种 是成 型煤 样 ， 它 是 由原煤 磨 成细 小 的煤粒用 特 制 的模具 加 工 成 的 煤样 加 工 成中 ‘ 的 圆柱形样 品 煤样主 要有 平 顶 山型煤 、 霍 州 原煤 、 峰峰 型煤等 本 实验 研 究不 同瓦 斯气 体种类 、 压 力梯度 及 瓦斯流 动状 态 对 电磁辐 射 的影 响规 律 按 照 如 下 可 以通 过 傅 里 叶 变 换 对 信 号 进 行 频 谱 分 析 研 究信 号特 性 ， 如信号 由哪 些 频 率成 分 组 成 ， 主 频 是 多 少 ， 信 号 的 能量 等信 息 本 文将 利 用 傅 里 叶变 换对 电磁 辐 射 信 号进 行 频谱 分 析 图 为霍 州 原煤 甲烷 入 口 压 力 流 动 时 的原 始信 号和 用傅 里 叶变换 对其 进 行 的频 谱分析 ， 采样 频 率 为 ， 电磁 辐 射 信 号 是 用 弧 形 平 板 天 线 采 集 到 的 所 以傅 里 叶变 换 能够 对 电磁 辐 射 信 号进 行 有 效 分 析 瓦 斯气体 在煤 体 中流 动 电磁 辐 射 的频 谱特 征 实验 研 究 了不 同瓦 斯 气 体 种类 、 不 同瓦 斯 压 力梯 度 在 不 同煤 样 中流 动 的 电磁 辐射 强度 及 频 谱规律 ， 电磁 辐 射 强度特 征规 律 的实验 结果详 细 见文献 〕 本 文 主 要 论述 瓦斯 流 动 时对 电磁 辐射 频 谱 的影 响规 律 瓦 斯 气 体主 要 是 甲烷 和 氮气