不同煤岩及混合介质中UWB电磁波传播衰减特性试验研究
郑学召1
黄渊2
孙梓峪2
郭军1
张铎1
蔡国斌2
童鑫2
1.西安科技大学安全科学与工程学院,陕西 西安 710054;国家矿山救援西安研究中心,陕西 西安 710054;教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室,陕西 西安 7100542.西安科技大学安全科学与工程学院,陕西 西安 710054;教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室,陕西 西安 710054
摘要：人员搜寻定位是矿山救援的基础,超宽带(UWB)雷达可穿透砖混墙、煤、岩等非磁性介质,实现障碍物后的人员探测定位,超宽带雷达探测技术有望解决矿山遮蔽环境人员探测定位难题.为明晰UWB电磁波在煤岩介质中的衰减特性,基于电磁波传播理论,推导得出煤岩介质中电磁波有效传播距离和衰减系数计算式,得出有损介质环境中的UWB电磁波衰减系数与介质相对介电常数、电导率成正相关.并利用射频信号衰减系统开展UWB电磁波在 4种厚度(30、60、90、120 cm)的褐煤、瘦煤、砂岩、石灰岩及煤岩混合(混合比例 3∶7、7∶3)介质中的传播衰减试验.试验结果表明:①UWB电磁波能量均随着煤岩介质厚度的增加而减小,介质中电磁波能量幅值波形会产生多次间隔接近的振荡,且减小幅度依次降低,表明UWB电磁波能量衰减与煤岩介质厚度成正相关.②煤岩分层混合介质中的电磁波能量衰减取决于煤、岩介质的衰减和煤、岩占比情况,电磁波在煤岩混合介质中的衰减近似于单一煤、岩介质的衰减叠加,具体为穿透分层混合煤岩介质的电磁波衰减程度与电磁波在煤、岩单一介质中的衰减程度及煤、岩占比成正相关.③UWB电磁波能量峰值随煤岩厚度增加往低频区域偏移.不同厚度下,穿透煤岩介质的UWB电磁波均有对应低频频率的能量峰值,其中穿透 120 cm瘦煤及瘦煤砂岩、瘦煤石灰岩混合介质的UWB电磁波在低频区和中心频率处出现 2个相同峰值的波峰,说明在衰减幅度较弱的煤岩介质中存在多个最佳探测频率.试验结果可为面向矿山救援的UWB雷达生命信息探测技术相关基础研究及设备研发应用提供借鉴.
关键词：UWB电磁波煤岩介质分层混合正负峰值传播衰减
分类号：TD76(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52174197)国家重点研发计划(2023YFC3010905)陕西省重点研发计划资助项目(2023-YBSF-101)
论文发表日期：2025-06-30
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：10( 66-75 )
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