【摘要】：礦山事故時(shí)期,科學(xué)、快速的應(yīng)急救援是減少遇險(xiǎn)人員傷亡和避免事故后果擴(kuò)大化的有效措施。目前,礦山應(yīng)急救援的方式有兩種:井下巷道救援與地面鉆孔救援。其中地面鉆孔救援占據(jù)重要地位,如2015年山東省平邑石膏礦事故,采用該方式,成功救出4名遇險(xiǎn)人員。創(chuàng)造了我國(guó)首次,也是世界第三次鉆孔救援的成功案例,在礦山救援史上具有里程碑意義。救援雖已成功,但有些問(wèn)題仍值得研究與思考。如在實(shí)施探人鉆孔時(shí),若鉆孔的終孔位置偏離設(shè)計(jì)位置,或目標(biāo)位置附近巷道發(fā)生坍塌,而目前的多數(shù)鉆孔生命信息探測(cè)設(shè)備(如視/音頻、紅外熱成像等)不具備穿透探測(cè)的能力,此時(shí)應(yīng)采取什么方式穿透煤巖冒落物進(jìn)行生命信息探測(cè)?超寬帶生命探測(cè)雷達(dá)技術(shù)是解決這一問(wèn)題的未來(lái)研究方向。本文開(kāi)展了相關(guān)基礎(chǔ)研究工作:測(cè)試了不同變質(zhì)程度煤的介電常數(shù)和電阻率,分析了電性參數(shù)隨頻率的變化規(guī)律并給出了相應(yīng)的擬合函數(shù);從煤分子組分、微觀結(jié)構(gòu)和表面結(jié)構(gòu)分析了煤電性參數(shù)變化的影響因素,即研究了上述函數(shù)中系數(shù)隨變質(zhì)程度變化的內(nèi)在關(guān)系;分析了超寬帶雷達(dá)波在煤中傳播關(guān)鍵參數(shù);理論分析并模擬了超寬帶雷達(dá)波在煤中傳播規(guī)律,并提出了遇險(xiǎn)人員定位方法。介電常數(shù)與電阻率是超寬帶雷達(dá)波在煤中傳播的基礎(chǔ)物理量,為了研究其隨變質(zhì)程度與頻率的變化規(guī)律,利用Concept 80寬帶介電譜測(cè)試系統(tǒng),測(cè)試了褐煤、長(zhǎng)焰煤、氣煤、貧瘦煤和無(wú)煙煤的介電常數(shù)和電導(dǎo)率。為研究介電常數(shù)與頻率函數(shù)中系數(shù)的變化規(guī)律,即介電常數(shù)隨煤變質(zhì)程度的內(nèi)在因素,開(kāi)展了煤的工業(yè)分析、元素分析、SEM分析及壓汞等實(shí)驗(yàn)。為研究電阻率與頻率函數(shù)中系數(shù)的變化規(guī)律,即電阻率隨煤變質(zhì)程度的內(nèi)在因素,開(kāi)展了煤的X射線(xiàn)衍射分析、全元素分析、核磁共振分析等實(shí)驗(yàn)。通過(guò)以上研究構(gòu)建了超寬帶雷達(dá)波在煤中傳播控制方程組,利用時(shí)域有限差分法與GprMax軟件,模擬分析了超寬帶雷達(dá)波在煤中傳播規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn):天線(xiàn)中心頻率為500 MHz的Ricker激勵(lì)源是最佳探測(cè)方式;人體目標(biāo)返回波為負(fù)峰,煤柱與掘進(jìn)巷交界面返回波為正峰;人體返回波幅值強(qiáng)度大于交界面返回波幅值強(qiáng)度;頻率越高電磁波在煤中的傳播速度越快;人體返回波的幅值強(qiáng)度與煤柱厚度呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系,據(jù)此可以建立各個(gè)礦區(qū)的煤柱厚度與幅值強(qiáng)度譜圖數(shù)據(jù)庫(kù)。本文研究成果可為礦用鉆孔超寬帶雷達(dá)的設(shè)計(jì)研發(fā)和探測(cè)數(shù)據(jù)的解析提供重要參考,對(duì)礦山事故救援具有重要的科學(xué)價(jià)值和實(shí)際意義。
【圖文】：

1 緒論1.1 選題背景和研究意義據(jù)國(guó)家煤礦安全監(jiān)察總局統(tǒng)計(jì)，2011~2015 年煤礦事故死亡人數(shù)分別為 573、446、440、258、189、129，即死亡人數(shù)逐年呈下降趨勢(shì)（如圖 1.1 所示）。2016 年，煤礦領(lǐng)域共發(fā)生煤礦事故次數(shù)較上年下降 29.2％、死亡人數(shù)較上年下降 10.1％，即實(shí)現(xiàn)了事故總次數(shù)與死亡人數(shù)同時(shí)下降；3人以上10人以下死亡事故次數(shù)較上年下降37.2％、死亡人數(shù)較上年下降 39.3％；2015 年煤炭百萬(wàn)噸死亡率較上年下降 3.8％。這得益于煤礦理論、技術(shù)、裝備、管理及人員素質(zhì)等各方面水平的全面提高。但是像瓦斯氣體與煤塵爆炸、礦井火災(zāi)、水災(zāi)、沖擊地壓及頂板等災(zāi)害仍時(shí)有發(fā)生[1]。2015 年中國(guó)百萬(wàn)噸煤死亡率下降到歷史較低水平，但仍是歐美等礦業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的 5~10 倍（如圖 1.2所示）。各種災(zāi)害引發(fā)的后果在物質(zhì)財(cái)產(chǎn)上給國(guó)家?guī)?lái)了巨大的損失，也給很多家庭造成了極大的不幸，同時(shí)讓百姓對(duì)煤礦企業(yè)產(chǎn)生錯(cuò)誤認(rèn)知，給社會(huì)造成了嚴(yán)重的不良影響[1,2]。

1 緒論1.1 選題背景和研究意義據(jù)國(guó)家煤礦安全監(jiān)察總局統(tǒng)計(jì)，，2011~2015 年煤礦事故死亡人數(shù)分別為 573、446、440、258、189、129，即死亡人數(shù)逐年呈下降趨勢(shì)（如圖 1.1 所示）。2016 年，煤礦領(lǐng)域共發(fā)生煤礦事故次數(shù)較上年下降 29.2％、死亡人數(shù)較上年下降 10.1％，即實(shí)現(xiàn)了事故總次數(shù)與死亡人數(shù)同時(shí)下降；3人以上10人以下死亡事故次數(shù)較上年下降37.2％、死亡人數(shù)較上年下降 39.3％；2015 年煤炭百萬(wàn)噸死亡率較上年下降 3.8％。這得益于煤礦理論、技術(shù)、裝備、管理及人員素質(zhì)等各方面水平的全面提高。但是像瓦斯氣體與煤塵爆炸、礦井火災(zāi)、水災(zāi)、沖擊地壓及頂板等災(zāi)害仍時(shí)有發(fā)生[1]。2015 年中國(guó)百萬(wàn)噸煤死亡率下降到歷史較低水平，但仍是歐美等礦業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的 5~10 倍（如圖 1.2所示）。各種災(zāi)害引發(fā)的后果在物質(zhì)財(cái)產(chǎn)上給國(guó)家?guī)?lái)了巨大的損失，也給很多家庭造成了極大的不幸，同時(shí)讓百姓對(duì)煤礦企業(yè)產(chǎn)生錯(cuò)誤認(rèn)知，給社會(huì)造成了嚴(yán)重的不良影響[1,2]。
【學(xué)位授予單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TD76

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2670198