电磁辐射的基本原理范文

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第1篇

关键词：矿井煤岩破裂；探测技术

1 引言

煤矿采矿活动造成地下岩体应力的重新分布和岩体的破裂损伤，伴随着采动的影响，将会诱发矿山煤岩体的震动破坏（即矿震或冲击）。煤矿煤岩动力灾害的发生往往与人工开挖过程具有特定的联系，例如：采动损伤造成煤岩体内部积聚的大量能量瞬间释放，将会导致冲击矿压；采动损伤极大地改变围岩的渗透性，将会导致顶板、断层带或底板突水事故；采动损伤造成煤岩体的卸压以及松散，将会导致煤与瓦斯涌出（突出），甚至发生瓦斯爆炸灾害，这些灾害事故随着开采深度增加日益严重。煤矿采场围岩空间破裂形态与应力场的关系，是预测和控制冲击地压、矿井突水、煤与瓦斯突出以及顶板整体冒落等矿井灾害的基础。因此，探究煤岩破裂的机理和煤岩破裂的探测技术十分重要。

2 煤岩破裂及其动力灾害发生原理

裂纹的扩展开始是零星和随机的，随着应力变形的增加，裂纹不断扩展和连通，而且逐渐集中在某一局部范围；当应力达到煤岩体峰值强度以后的阶段，煤岩体的破坏方式为剪切滑移，而且破坏集中在局部区域；针对冲击矿压与突出的发生需要满足能量条件、刚度条件和冲击倾向性条件。煤矿中，煤层、底板、顶板构成一个平衡系统。其中顶底板的强度均比煤层的大，而且煤体是开采的对象，故在压力作用下，煤体极易遭到破坏，如果是稳定破坏，则表现为煤柱的变形、巷道的压缩等，如果是非稳定破坏，则表现为冲击矿压或突出（即煤层冲击）。

3 煤岩破裂探测技术的分析

煤岩灾害动力现象的发生过程，或者结构材料的失稳破坏，实际上是一种能量释放的物理或化学过程，通过检测声波、声发射，电磁辐射、地电或温度变化规律，就可以对其变形破裂过程和特点进行分析与预测。

3.1 煤岩破裂的声波探测。采用声波技术来评价开采引发的采矿动力危险（冲击地压、煤和瓦斯突出），其基本原理是冲击矿压等采矿动力危险是岩体中的应力造成的，与岩体的物理力学特性有关，而岩体中的应力分布状态与岩体的物理力学参数和声波的分布有关。声波测量的基本参数是不同类型的地震波的传播速度，以及在阻尼系数的影响下，振幅和能量的变化。

上述声波的参数，特别是地震波的传播速度与岩体中的应力应变状态有很大的关系。岩体中重要的矿山压力参数为裂隙率。岩体的破坏过程伴随着裂隙区域的变化，对应声波参数的变化及范围的变化，那么就可以通过测量波速来辨别。

3.2 煤岩破裂的声发射探测。岩石在荷载作用下发生破坏，主要与裂纹的产生、扩展及断裂过程有关。裂纹扩展，造成应力弛豫，贮存的部分能量以弹性波的形式突然释放出来，产生声发射（Aeoustlc Emis-sion）。岩石的每一个声发射信号都反映岩石内部缺陷性质的丰富信息，对这些信息加以处理分析和研究，可以推断岩石内部的形态变化。

岩石声发射研究的目的是确定岩体中的应力状态以及预测采掘面及周围岩体突然、猛烈的破坏。如冲击矿压、煤和瓦斯突出、垮落等。

声发射法是以脉冲形式记录弱的、低能量的地音现象。其主要特征是频率从几十到至少2000Hz或更高，能量低于100J，下限不定，振动范围从几米到大约200m，甚至更多。

采矿声发射方法主要用来确定在掘进的巷道或正在回采的工作面的冲击矿压危险，采用的方法主要有站式连续监测和便携式流动地音监测。用来监测和评价局部震动的危险状态及随时间的变化情况。主要记录声放射频度（脉冲数量）、一定时间脉冲能量的总和、采矿地质条件及采矿活动等，

3.3 煤岩破裂的电磁辐射探测。煤岩体裂纹扩展时，处于裂纹尖端表面区域中在应力诱导极化作用下积聚大量正负电荷，裂纹尖端表面区域的扩展运动、电荷的迁移过程以及破坏停止后正负电荷的快速中和过程均会伴随电磁辐射效应。煤岩剪切摩擦过程微观上是破坏过程，同样也会伴随电磁辐射效应。因此，承载煤岩在微观上非均匀应力作用下的变形及破裂过程必然伴随着电磁辐射效应。煤体中应力越高，变形破裂过程越强烈，电磁辐射信号越强，其主频带也越高。

地层中的煤岩体未受采掘影响时，基本处于准平衡状态。当掘进或回采空间形成后，周围煤岩体失去应力平衡，处于不稳定状态，发生变形或破裂，以向新的应力平衡状态过渡，即发生变形或破裂，从而产生电磁辐射。即使当采掘空间或巷道周围煤岩体处于基本稳定状态时，由于煤岩体仍然承受着上覆岩层的应力作用，此时工作面煤体处于流变状态，同样会产生电磁辐射。

煤体受载破裂时，其声发射信号的频谱不是一成不变的，而是随载荷及变形破裂过程而发生变化，基本上是随着载荷的增大及变形破裂过程的增强，声发射信号增强，主频带增高。因此，可将声发射技术应用于预测预报煤岩动力灾害、研究煤岩体等材料的破裂过程。

3.4 煤岩破裂的地电探测。采矿电法是利用岩石电特性的变化来解决顶板、地质及采场技术的问题。

其探测方法有电阻法和雷达法两种。在电阻法中，主要是测量岩体的电阻及其随时间变化的规律，测量电阻可以获得采矿影响下岩体结构及变化信息。雷达法是属于电磁波传播的方法之一，其物理基础是利用电磁波传播和阻尼与岩体结构和性能之间的关系，这种波的传播就像地震波的传播一样。电磁波正传播途中遇到电介质不同的边界会反射回来，形成反射波。根据反射波传回的时间和速度可对边界定位，从而可以探测煤岩体的破裂及裂隙等。

3.5 煤岩破坏的红外温度探测。红外遥感对物质的温度十分敏感，在军事和国民经济的诸多部门得到了广泛的应用，取得了巨大的效果。红外遥感目前探测的物理量主要是物质的红外辐射温度。

煤柱承载直到屈服破坏是一个动力过程；煤爆、煤岩与瓦斯的突出也是一个动力过程；煤层顶板运动破坏也是一个动力过程，它们在地应力和采动应力的共同作用于产生移动变形，并会引起煤岩内部结构的物理化学变化，其中必然包括能量的转移和电子的跃迁。那么，作为电磁辐射之―的热红外辐射温度的特征变化必然反应上述物理化学过程，并提供一些前兆信息。

4 结束语

总之，目前应用较为广泛的煤岩破裂探测方法有声波法、声发射法和电磁辐射法，这些测试方法不受人工和工作面煤岩体分布均匀及稳定的影响，预测准确率高，成本低，不需打钻，对生产影响小，预测费用大幅度降低。其中电磁辐射法真正实现了非接触预测，而且这些方法能够连续监测采掘工作面的煤岩体活动，但是由于使用的探头需要和煤岩体耦合，这给探测带来了误差。地电法中的雷达（地质雷达）法也有一定的应用，但是地下岩层包含黏土、水和盐类物质的这些特性，显著减小了雷达的穿透能力，因而有待于进一步的改进。 近年来，红外温度探测法虽然有了很大的发展，但是辐射衰减以及其他辐射源的干扰仍然是面临的新问题，还需要进一步的探索。

参考文献：

[1]孙玉成，煤岩破裂产生的冲击破坏及其探测技术，《煤炭科技》杂志，2009、11

第2篇

关键词：电磁辐射．防治措施，建议

Abstract: this article mainly expounds the general electromagnetic radiation monitoring and specific environmental electromagnetic radiation environment monitoring in the electromagnetic radiation pollution the problems existing in the management and prevention and control measures are analyzed, and puts forward related Suggestions.

Keywords: electromagnetic radiation. Prevention and control measures, the proposal

中图分类号：O441 文献标识码：A 文章编号

前言

随着我国科技技术的不断发展，通信工具、计算机和家用电器等都进入我们的生活，我们在享受现代化带来的方便舒适的同时，也受到恶化的电磁环境给健康带来的威胁，经研究证实，电磁辐射污染已成为废气、废水、固体废物、噪声污染后的又一新型污染源，已引起世界各国的广泛关注。

1 电磁辐射概述

1.1 电磁辐射背景及研究现状

一直以来，我国电磁技术随着科技技术的发展因而广泛应用于节能、通讯、制造、医药、科研、农业、军事等多个领域，而且应用范围不断扩大。作为一种新技术、新资源，电磁技术极大地推动了人类社会诸多领域的革新与发展。但随之而来的问题是电磁辐射污染，其影响和危害日渐受到人们的关注和重视。

1.2 电磁辐射污染的主要危害

随着电磁技术的广泛应用，环境中的电磁辐射越来越强，高强度的电磁辐射已经达到直接威胁健康的程度，由此引发的矛盾和纠纷也时有发生。电磁辐射污染产生的危害主要表现在三个方面：一是人体健康。电磁辐射可对神经系统、内分泌系统、免疫系统、造血系统产生影响；二是电磁干扰。电磁辐射会对电子设备、仪器仪表产生干扰，导致设备性能降低，严重时还会引发事故；三是燃爆隐患。电磁辐射能造成易燃易爆物品的燃烧、爆炸。

1.3 电磁辐射环境状况

目前人们所处的电磁环境状况主要表现在4 个方面：一是通信基站所使用的大功率电磁波发射系统对周围电磁环境的影响；二是广播电视发射系统对周围区域的电磁环境影响；三是高压电力系统的布设造成的电磁污染；四是日常电子设备的接触、利用带来的电磁环境污染。

2 一般电磁辐射环境的监测

一般电磁辐射环境是指在较大范围内由各种电磁辐射源，通过各种传播途径造成的电磁辐射背景值。一般电磁辐射环境的监测可以参照《辐射环境保护管理导则电磁辐射监测仪器与方法》（HJ/T10.21996），将某一区域按一定的标准划分为网格，监测点取网格的中心位置，再考虑建筑物、树木等屏蔽影响，对部分网格监测点作适当调整。具体的监测工作按照《辐射环境保护管理导则电磁辐射监测仪器与方法》（HJ/T10.21996）进行。由于环境中辐射体频率主要在超短波频段，采用电场强度为评价指标，依据《电磁辐射防护规定》（GB8702－88），选取评价标准。一般环境的电磁辐射污染状况反映了一个区域在某个时间段电磁辐射环境的背景水平，可以从电磁辐射环境质量、电磁辐射分布规律、污染区域电磁辐射环境特点三个方面着手进行分析研究，以此评价一个区域一般电磁辐射环境状况。

3 特定电磁辐射环境的监测

特定电磁辐射环境是指在特定范围内由相对固定的电磁辐射源造成的电磁辐射背景值。电磁辐射源是引起电磁辐射污染的源头，分析、研究特定电磁辐射环境，对电磁辐射源进行调查统计是环境监测工作的前提。采取污染源普查的方式，对国家规定的规模以上的电磁辐射源进行基础性的全面调查，初步掌握电磁辐射源的种类、数量、规模等基本信息，为环境监测工作提供有效依据。

3.1 移动通信基站电磁辐射环境监测

3.1.1 移动通信基站工作原理

移动通信是利用射频发射设备和控制器通过收发台与网内移动用户进行无线通信的。无线通信是由基站接收及发射一定频率范围内的电磁波实现的。基站主要通过发射天线改变周围电磁辐射环境。

3.1.2 移动通信基站电磁辐射环境的监测

移动通信基站电磁辐射监测工作主要包括监测仪器、监测点位、监测时间、监测技术要点等内容，按照《辐射环境保护管理导则电磁辐射监测仪器与方法》（HJ/T10.21996），以《辐射环境保护管理导则电磁辐射环境影响评价方法和标准》（HJ/T10.31996）的规范要求为质量标准。主要对基站机房、地面塔、楼上塔、增高架等处进行监测，依据国家《电磁辐射防护规定》（GB8702－88）的标准，所监测的电磁强度值应满足＜5.4 V/m 的要求。

3.2 广播电视系统电磁辐射环境监测

3.2.1 广播电视系统工作原理

广播电视发送设备主要组成部分是发射机和发射天线，基本原理是用将传送的信号经调制器去控制由高频振荡器产生的高频电流，然后将已调制的高频电流放大到一定电频并送到天线上，以电磁波的形式辐射出去。

3.2.2 广播电视系统电磁辐射环境监测

广播电视发射设备的电磁辐射监测条件及监测方法参照《辐射环境保护管理导则电磁辐射环境影响评价方法和标准》（HJ/T10.31996）和《辐射环境保护管理导则电磁辐射监测仪器与方法》（HJ/T10.21996），对周围地面点、塔上工作环境、周围敏感点三个方面布点进行电磁辐射环境监测。依据国家标准《电磁辐射防护规定》（GB8702－88），所监测的电磁强度值应满足＜5.4 V/m 的要求。

3.3 高压电力系统电磁环境监测

3.3.1 高压电力系统工作原理

高压电力系统主要通过高压输变电工程影响环境，主要包括高压架空送电线路和高压变电站，具有电场、磁场和电晕三种电磁场特性。高压电力系统的电磁污染主要表现在由电晕放电和绝缘子放电引起的无线电干扰和热效应、非热效应两种生物学效应。

3.3.2 高压电力系统电磁环境监测

高压电力系统的电磁辐射监测工作参照《辐射环境保护管理导则电磁辐射监测仪器与方法》（HJ / T10.21996）。同时，根据不同的电压等级，选取不同的送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范为标准。高压电力系统电磁环境监测指标分别为综合工频电场强度和磁场强度，所监测的值应满足技术规范的要求。

4 电磁辐射污染管理中存在的问题

(1) 由于人们对电磁辐射污染的危害性认识不足或环保意识不强, 对环保部门的管理不予配合。

(2) 无完备的监测仪器对电磁辐射污染源和环境中的电磁污染水平进行监督监测, 不能及时为环保管理部门提供科学的管理依据; 同时也不能对产生电磁辐射的产品进行监督性检测。

(3) 通讯台站布局无科学规划, 仅考虑覆盖使用范围而不考虑环保要求及对人体健康的影响, 并且只在无线电管理委员会备案申请, 而不到环保部门申报登记。

5 电磁辐射污染的防治对策及建议

为加强电磁辐射污染的监督、管理和控制, 提出下列防治建议:

(1) 加强环境管理。

严格执行国家颁布的中华人民共和国环境保护法、国家环境保护总局18 号令电磁辐射环境保护管理办法、GB8702- 88 电磁辐射环境防护规定等相关的法规, 除加强对现有电磁辐射污染源的管理外, 对新建、扩建的电磁设备严格按环境管理程序进行申报、登记、环境评价和验收。

(2) 开展电磁辐射污染环境监测。

尽快购置监测仪器, 在我省电磁辐射污染源调查的基础上, 开展电磁辐射污染源及城市区域电磁辐射环境的监测, 确定重点电磁辐射污染源, 掌握环境电磁辐射容量, 为环境管理提供依据。

(3) 科学布局、减少污染。

由于城市中各有关行业都建有专用的通讯、广播电视发射设备, 不少处于人口稠密区, 产生的电磁辐射对周围人群健康具潜在危害, 也易造成电迅障碍, 尤其是机场通讯干扰将给飞行安全带来极大影响。因此应在环境电磁辐射监测的基础上, 科学合理规划通讯、广播电视发射台站布局, 防止电磁辐射污染; 对重点污染源要有计划地搬迁, 不能搬迁的应采取有效防治措施, 如安装屏蔽装置等。

(4) 制定产品电磁辐射限值标准加强产品检测。

制定有关产品电磁辐射污染限值标准, 如频率高的手机、微波炉等产品, 并对产生电磁辐射的产品和用品进行检测, 防止超标产品的生产、进口及使用对环境和人体健康造成危害。

(5) 加强宣传教育提高防范能力。

第3篇

关键词：煤矿；灾害监测；冲击地压；预警技术

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.14.058

1 监测预警技术与方法

1.1 多参量监测预警技术

煤岩的受压破坏过程，对“震动场-应力场”进行多参数归一化的监测预警，在不同的发展阶段，与煤岩微地震裂缝应建立、声、电等参数监测、预测进行的，分析预警方法响应的预警方式是基于震动波CT、弹性波、冲击波、钻屑等综合参数实时监测预警和应力指标；声音，微震、电磁辐射和地音应力波的监测与预警。风险的影响程度分为无冲击危险，弱冲击危险，中等冲击危险，强冲击危险四级，四级是统一通过风险准则的影响进行划分，将根据风险程度的不同，采取相应的对策。

1.2 应力监测技术

以 “多因素耦合”和“当量钻屑量原理”的冲击地压危险性为基础的确定方法，其基本原理是支撑压力、钻头、钻岩层运动和应力之间的关系，通过实时在线监测，采集动态应力场的变化规律，然后发现欧洲高应力区及其变化趋势，从而实现实时监测和预报、岩破裂的危险区域的程度的危险预警。

1.3 电磁辐射监测技术

煤在荷载作用下，岩石会变形破坏，并且生成电磁辐射，这一现象引发于应力，由于应力作用，对非均质性煤岩体产生非均匀变速形变，从而导致这种情况，电磁辐射强度和脉冲与载荷和变形速度有关，载荷和变形的电磁波辐射强度和脉冲上升率将增加，煤岩试样在冲击破坏前，电磁辐射的强度一般会保持在一定的值，但是在冲击破坏时，电磁辐射的强度会突然增加。煤的变形和破坏的电磁辐射和煤体的应力状态是耦合关系。为此，建立了电磁辐射的分类预报技术和监测风险的监测技术。

1.4 电荷监测技术

煤岩微破裂会导致摩擦作用共同产生煤岩变形破坏过程的电荷感应信号和裂隙尖端电荷分离，其中电荷感应强度与煤岩的负载增加的负荷有一定关系，电荷感应信号会更强，在电荷感应信号强度达到最大值的时候，煤岩破裂，电荷感应信号强度后将逐渐减小。煤岩充量监测技术基于岩爆的“失稳机理”，且电荷感应信号强度越强，岩爆发生的可能性越大。

2 应用分析

在此，仅介绍“全频广域”震动监测技术的应用。菏泽煤电公司两矿井下工作面都安装KJ550冲击地压监测系、KBD5电磁辐射检测仪，2017年3月安装ARAMIS微震监测系统，并于2017年4月调试形成“全频广域”震动监测技术体系，实现宽频（0.5―1500Hz）、广域（回采工作面矿井矿区）监测目的。

KJ550冲击地压监测系根据煤岩体压力的变化引起油囊内压力的变化，通过压力变送器内敏感元件转换为电信号传递给采显一体仪，采显一体仪通过接收到的模拟信号进行处理，转换为最终压力值并显示出来，同时将信号处理后通过CAN总线传输到井下分站。分站将各采显仪传上来的数据以光、电的形式通过环网、光纤传输到地面分站进行存储、处理、展示。对回采工作面重点进行压力监测的区域为工作面前方300m、两条顺槽向回采煤体一侧8-25m范围内进行监测。

电磁辐射仪能够实现非接触、定向、区域及连续预测预测煤岩动力灾害，信号的采集、转换、处理、存储和报警由监测仪自动完成；能够实现矿山冲击矿压的预测预报，煤与瓦斯突出的预测预报，其它煤岩灾害动力现象的预测预报，矿井工作面前方应力状态的监测，松动圈测量，周期来压监测，断层活动监测，顶板稳定性监测。

振动器接收振动事件并将其处理为数字信号，然后通过数字通信系统发送到地面。根据不同的监测范围，系统可以选择不同的频率范围传感器。数字通信系统采用长距离通信电缆实现三方向振动速率变化（x，y，z）的传输。该系统提供了通过24位σ-δΔ转换器的振动信号的转换和记录。标准版系统软件为每个通道提供一个通道监测信号；可选3通道信号，为每个通道监控使用非标版软件，实现三向监测的微震活动。

自运行以来，采用“全频广域”震动监测技术能有效记录了矿区范围内的冲击地压、矿井范围内的矿震件爆破、工作面区域的岩层破裂与构造等应力大小变化，可根据一次次的冲击地压波形图分析井下的地压大小，实现有效的控制，如图1所示。图中D1、D2为台站序号，UD、EW、NS分别代表垂直、东西、南北，根据波形图可有效的进行分析，论证，处理现场情况。

3 结论

冲击地压的监测预警主要是从静态的应力场和振动场两面，单一的方法难以达到冲击准确的预警，涉及多参数监测与预警技术的振动场和应力场的各种方法相结合，可显著提高冲击地压预警效果。

参考文献：

[1]蓝航，陈东科，毛德兵.我国煤矿深部开采现状及灾害防治分析[J].煤炭科学技术，2016，44（01）：39-46.