基于改进双向峰-谷搜索算法的煤矸模型电磁波正演模拟

工矿自动化
网络首发时间：2023-10-18 18:03:26

作者

史翔予司垒王忠宾魏东顾进恒
单位

中国矿业大学机电工程学院
摘要

实现放顶煤过程煤矸含量自动识别是综采自动化的重要目标，现有煤矸含量自动识别方法存在准确性、实时性较低等问题。放顶煤过程产生的煤矸混合物是由煤、矸石和空气形成的三相介质，各相介质的电性参数不同，在不同组分的混合三相介质中，电磁波的传播特性也不同。煤块和矸石介电常数差异明显，通过研究不同含矸率煤矸混合物的电性参数，可为放顶煤工作面含矸率的自动识别提供新的思路和方法。为了探究不同含矸率煤矸混合物的电性差异，提出了一种基于分治策略的双向峰-谷搜索算法，基于该算法建立了煤矸多相离散随机介质模型，基于麦克斯韦方程组及其本构关系方程，利用时域有限差分法对所建立的模型进行电磁波正演模拟。分析表明，基于分治策略改进双向峰-谷搜索算法后，煤矸多相离散随机介质模型中的煤炭、矸石、空气三相之间不仅存在明显的相界面，且各相离散程度更大，不存在聚集现象，因此局部介质也能体现整体的电性参数，能够满足电磁波正演的介质模型需求。正演模拟结果表明：① 激励信号的频率会影响透射波的幅值，在12 GHz范围内，激励信号频率越高，透射波幅值越大；频率过低会降低信号的鲁棒性，激励频率应高于2 GHz。② 煤矸混合物的含矸率与介质整体的等效介电常数呈正相关。含矸率越高，电磁波信号的传播损耗越多，接收平面接收到的信号幅值越小，电磁波信号穿透介质所用的时间越长。不同含矸率之间呈现明显的差异性，可以用作综采放顶煤含矸率识别的依据。
关键词

放顶煤工作面煤矸识别含矸率电磁波正演分治策略双向峰-谷搜索算法多相离散随机介质模型时域有限差分法
文章目录

0 引言
1 煤矸多相离散随机介质模型
1.1 随机介质理论
1.2 基于分治策略的双向峰-谷搜索算法
2 电磁波正演模拟基础理论
2.1 电磁波基础理论
2.2 时域有限差分法
3 电磁波正演模拟
3.1 模拟环境
3.2 模拟结果
4 结论
引用格式

史翔予,司垒,王忠宾等.基于改进双向峰-谷搜索算法的煤矸模型电磁波正演模拟[J/OL].工矿自动化:1-8[2023-10-19].DOI:10.13272/j.issn.1671-251x.18090.
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