【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及勘探，具體是指一種基于聲波主被動探測與雷達遙感技術的煤火探測方法。
技術介紹
1、煤礦自燃問題是全球煤礦生產中普遍存在的一項嚴重安全隱患。煤火的發生不僅威脅煤礦工作人員的生命安全，還可能造成嚴重的環境污染，甚至引發礦區的災難性事故。傳統的煤火探測方法通常依賴于人工監測和局部的火災探測設備，這些方法不僅反應速度慢，而且由于煤層深埋、地質條件復雜等因素，監測覆蓋范圍有限，難以全面、實時地捕捉煤火的動態特征。因此，如何提高煤火探測的準確性與實時性，一直是煤礦安全管理領域亟待解決的難題。
2、目前，煤火的監測主要依賴于溫度傳感器、氣體探測儀器等單一的探測設備，這些設備通常只能檢測煤火區域的溫度或氣體變化，無法全面反映煤火的多方面動態特征。隨著科技的進步，聲波探測與雷達遙感技術逐漸在礦山災害監測中獲得應用。聲波主被動探測技術可以通過聲波傳播特性來反映煤層的變化，例如煤火介質的異常，這對于早期煤火預警具有重要意義。然而，傳統的聲波探測方法在煤層自燃探測中的應用仍面臨一些局限，如檢測深度和分辨率不足，無法實現實時、全方位的監測。
3、雷達遙感技術則能夠通過對地表形變的監測來分析煤火活動的影響范圍。雷達遙感能夠精確測量煤火區域的地表形變，分析煤層沉降、裂隙擴展等物理變化，進而為煤火的評估提供重要數據。但雷達遙感技術也存在一定的局限性，如對于煤火活動早期的探測敏感性不足，以及對煤火監測的精度和可靠性較低。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種基于聲波主
2、為實現上述目的，本專利技術一種基于聲波主被動探測與雷達遙感技術的煤火探測方法，該方法結合聲波主被動探測技術和雷達遙感技術，通過對煤火區域的聲波傳播特性、地表形變、溫度變化、燃燒氣體濃度及電磁波特征的綜合分析，判斷煤火的分布范圍及其危險性變化趨勢；具體包括以下步驟：
3、s1：聲波主被動探測，利用聲波主被動探測技術，提取聲波傳播速度、衰減系數及頻譜特征，分析聲波異常區；
4、s2：雷達地表形變分析，利用雷達遙感技術提取地表形變信息，結合煤火區域的形變速率和形變加速度及裂隙分布規律，動態評估煤火危險性變化趨勢；
5、s3：雷達散射特征提取，提取雷達后向散射系數及變化率，利用雷達后向散射系數的動態變化評估煤火區域地表熱異常和濕度變化；
6、s4：雷達相干性與裂隙擴展評估，分析雷達相干性系數，推測煤火區域地表裂隙的空間分布及擴展情況；
7、s5：綜合評估與模型構建，融合聲波和雷達數據，建立煤火危險性綜合評價指標，進行煤火分布趨勢預測。
8、作為本專利技術進一步的方案：步驟s1中定義聲波傳播速度是v、衰減系數β、頻譜能量p(f)、主頻f0，其中，聲波衰減系數β由以下公式計算：
9、
10、式中p(fr)和p(f0)分別為接收到的頻譜能量和發射頻譜能量，r為傳播距離；當衰減系數β和顯著增加時，表明煤火介質異常，導致危險性增大；其中：為聲波衰減系數β對時間t的偏導數，即聲波衰減系數的瞬時變化率。
11、作為本專利技術進一步的方案：所述燃燒氣體濃度包括一氧化碳(co)、甲烷(ch4)燃燒氣體濃度，通過氣體探測設備監測煤火區域內co、ch4燃燒氣體濃度，當co濃度cco和ch4濃度顯著增加時，表明煤火活動增強。
12、作為本專利技術進一步的方案：通過對聲波傳播速度v和主頻f0的時間變化考慮，對聲波變化趨勢進行動態評估，其公式如下：
13、δv＝v(t+δt)-v(t)，δf0＝f0(t+δt)-f0(t)
14、當δv<0且δf0<0時，表明介質損傷加劇，煤火活動增強；
15、當δv>0且δf0>0時，表明煤火趨于穩定。
16、作為本專利技術進一步的方案：步驟s2中定義形變速率和形變加速度其中：
17、
18、當時，表明地表形變加劇，煤火影響范圍擴大；
19、當時，表明地表形變趨于減緩，煤火影響范圍縮小。
20、作為本專利技術進一步的方案：步驟s2中裂隙分布包括裂隙密度、裂隙開度，其中裂隙密度計算公式：
21、
22、式中：d為裂隙密度；a為研究區域的面積；n為單位面積a內的裂隙數量；裂隙開度計算公式：
23、
24、式中：w為裂隙開度；δu為兩點之間的位移差；θ為雷達觀測角；
25、裂隙分布規律：
26、f(x,y)＝v(x,y)+a(x,y)·t
27、式中：f(x,y)為不同位置的累積形變量；v(x,y)為不同位置的形變速率；a(x,y)為不同位置的形變加速度；t為時間；
28、裂隙分布在空間中的變化，其中：
29、
30、式中：δφ為裂隙分布變化量；為位移梯度；k為根據實地觀測標定的系數。
31、作為本專利技術進一步的方案：步驟s3中定義雷達后向散射系數σ0，其中：
32、
33、式中：pr為雷達接收功率，pt為發射功率；
34、當時，存在煤火活躍區；
35、當時，表明煤火活動減弱；其中：為雷達后向散射系數σ0對時間t的偏導數，即雷達后向散射系數的瞬時變化率。
36、作為本專利技術進一步的方案：步驟s4中定義相干性系數c：
37、
38、式中：si和ri分別為雷達兩次觀測的回波強度，和為其均值；
39、當c<0.5時，表明裂隙擴展顯著，煤火危險性增大。
40、作為本專利技術進一步的方案：步驟s5中定義煤火危險性綜合評價指標r(t)：
41、
42、式中：w1，w2，w3，w4，w5為權重系數，通過歷史數據訓練確定；
43、當r(t+δt)>r(t)時，表明危險性增大；
44、當r(t+δt)<r(t)時，表明危險性減小。
45、與現有技術相比，本專利技術結合聲波主被動探測技術和雷達遙感技術，通過多源數據融合算法，將兩者的監測結果進行對比與綜合分析，聲波探測數據能夠提供煤火的初步位置和活動范圍，而雷達遙感數據則為煤火的活動提供更加精確的地表變形信息，兩者結合能夠能夠實現實時、全方位的監測煤火，有效提高煤火探測的精度和可靠性。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種基于聲波主被動探測與雷達遙感技術的煤火探測方法，其特征在于，該方法結合聲波主被動探測技術和雷達遙感技術，通過對煤火區域的聲波傳播特性、地表形變、溫度變化、燃燒氣體濃度及電磁波特征的綜合分析，判斷煤火的分布范圍及其危險性變化趨勢；具體包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于聲波主被動探測與雷達遙感技術的煤火探測方法，其特征在于，步驟S1中定義聲波傳播速度是v、衰減系數β、頻譜能量P(f)、主頻f0，其中，聲波衰減系數β由以下公式計算：
3.根據權利要求1所述的一種基于聲波主被動探測與雷達遙感技術的煤火探測方法，其特征在于，所述燃燒氣體濃度包括一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)燃燒氣體濃度，通過氣體探測設備監測煤火區域內CO、CH4燃燒氣體濃度，當CO濃度CCO和CH4濃度顯著增加時，表明煤火活動增強。
4.根據權利要求2所述的一種基于聲波主被動探測與雷達遙感技術的煤火探測方法，其特征在于，通過對聲波傳播速度v和主頻f0的時間變化考慮，對聲波變化趨勢進行動態評估，其公式如下：
5.根據權利要求1所述的一種基于聲波主被動探測
6.根據權利要求1所述的一種基于聲波主被動探測與雷達遙感技術的煤火探測方法，其特征在于，步驟S2中裂隙分布包括裂隙密度、裂隙開度，其中裂隙密度計算公式：
7.根據權利要求1所述的一種基于聲波主被動探測與雷達遙感技術的煤火探測方法，其特征在于，步驟S3中定義雷達后向散射系數σ0，其中：
8.根據權利要求1所述的一種基于聲波主被動探測與雷達遙感技術的煤火探測方法，其特征在于，所述步驟S4中定義相干性系數C：
9.根據權利要求1所述的一種基于聲波主被動探測與雷達遙感技術的煤火探測方法，其特征在于，所述步驟S5中定義煤火危險性綜合評價指標R(t)：
...【技術特征摘要】
1.一種基于聲波主被動探測與雷達遙感技術的煤火探測方法，其特征在于，該方法結合聲波主被動探測技術和雷達遙感技術，通過對煤火區域的聲波傳播特性、地表形變、溫度變化、燃燒氣體濃度及電磁波特征的綜合分析，判斷煤火的分布范圍及其危險性變化趨勢；具體包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于聲波主被動探測與雷達遙感技術的煤火探測方法，其特征在于，步驟s1中定義聲波傳播速度是v、衰減系數β、頻譜能量p(f)、主頻f0，其中，聲波衰減系數β由以下公式計算：
3.根據權利要求1所述的一種基于聲波主被動探測與雷達遙感技術的煤火探測方法，其特征在于，所述燃燒氣體濃度包括一氧化碳(co)、甲烷(ch4)燃燒氣體濃度，通過氣體探測設備監測煤火區域內co、ch4燃燒氣體濃度，當co濃度cco和ch4濃度顯著增加時，表明煤火活動增強。
4.根據權利要求2所述的一種基于聲波主被動探測與雷達遙感技術的煤火探測方法，...
【專利技術屬性】
技術研發人員：辛海會，高天昊，張鵬程，白廣余，李劍鋒，劉金虎，舒通，王克軍，項宗文，
申請(專利權)人：深地科學與工程云龍湖實驗室，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。