一种煤岩层位自动识别方法与流程

1.本发明涉及煤矿采集领域，具体涉及一种煤岩层位自动识别方法。


背景技术：

2.实现矿井少人化、无人化是未来采矿业的趋势，以煤矿采集为例，煤炭4.0时代是指，到2030年实现煤炭智能化开采，重点煤矿区基本实现工作面无人化，全国煤矿采煤机械化程度达到95％以上。而矿层智能探测及识别问题则是制约智能化采矿的重大难题。
3.随着雷达技术的发展，采用空耦式超宽带探地雷达进行煤岩识别成为了一个重要的研究方向，空耦式超宽带探地雷达的天线无需紧贴被测物，能够实现无接触式探测，继而可实现伴随采煤机进行随采随探；探地雷达技术曾被美国矿业局应用于煤岩识别中，当时作为最具可行的技术经过一系列的试验后，由于雷达信号衰减严重导致该技术并未有实质性的发展，而随着超宽带(uwb，中心频率至少达到500mhz，带宽大于1.5ghz或工作带宽大于或等于中心频率的25％的电磁波)雷达技术的发展与成熟，超宽带探地雷达被越来越多的应用到煤矿领域，通过雷达发射天线发射超宽带电磁波，接收天线接收来自目标体不同介质间界面的反射波，电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电磁性质及几何形态而变化，继而根据接收到的电磁波的旅行时间(亦称双程走时)、幅度与波形资料，可推断目标体介质界面及分布情况。
4.在确定煤岩层位时，零点校正是关键的一步，它的正确与否对层位位置的准确性有很大的影响，如定位错误，则会导致采煤机出现欠挖掘或过挖掘的情况，前者会导致开采产量减少，而后者不仅会损伤采煤机挖掘部，产生的火花还有可能导致瓦斯爆炸、产生严重的安全事故，因此，如何提高超宽带空耦探地雷达零点校正的准确率，是实现采煤机随探随采的关键技术之一。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明提供一种煤岩层位自动识别方法以解决上述如何提高超宽带空耦探地雷达零点校正的准确率的问题。
6.本发明是这样实现的，一种煤岩层位自动识别方法，包括以下步骤：
7.s1接收超宽带空耦探地雷达的雷达回波数据；
8.s2识别超宽带空耦探地雷达直达波并确定直达波所在位置采样点为n0，时间为t0，
9.s3计算超宽带空耦探地雷达采样间隔t1，所述t1的计算公式为t1为采样间隔，t为采样时窗，n为固定采样时窗内的采样点数，
10.s4计算超宽带空耦探地雷达天线的悬空高度为h时，直达波与接收岩层界面反射波之间的时间差t2，所述t2的计算公式为其中，v为电磁波在空气中的传播速度，
11.s5计算超宽带空耦探地雷达直达波到岩层界面反射波经历的采样点数m，所述m的
计算公式为
12.s6计算煤层表面反射波的实际所在位置t3，所述t3的计算公式为t3＝t0+t2。
13.所述固定采样时窗内的采样点数n为512、1024或2048。
14.在接收超宽带空耦探地雷达的雷达回波数据后，对雷达回波数据进行数据处理，所述数据处理包括使用工控机对采集到的数据进行如下至少一种操作：一维滤波、自适应滤波、反褶积、偏移处理、背景消除、频谱补偿处理、希尔伯特变换或小波变换。
15.超宽带空耦探地雷达的雷达回波数据每一数据道对应的横坐标值x(m)的求取方法具体为：在工作面采集数据时，根据液压支架位置进行打标，然后根据打标点之间的距离，可求得每一数据道对应的横坐标值；或根据煤机齿轮信息与雷达数据匹配，可以得到对应的横坐标值。
16.采用本发明的有益效果如下：
17.一种煤岩层位自动识别方法，包括以下步骤：
18.s1接收超宽带空耦探地雷达的雷达回波数据；
19.s2识别超宽带空耦探地雷达直达波并确定直达波所在位置采样点为n0，时间为t0，
20.s3计算超宽带空耦探地雷达采样间隔t1，所述t1的计算公式为t1为采样间隔，t为采样时窗，n为固定采样时窗内的采样点数，
21.s4计算超宽带空耦探地雷达天线的悬空高度为h时，直达波与接收岩层界面反射波之间的时间差t2，所述t2的计算公式为其中，v为电磁波在空气中的传播速度，
22.s5计算超宽带空耦探地雷达直达波到岩层界面反射波经历的采样点数m，所述m的计算公式为
23.s6计算煤层表面反射波的实际所在位置t3，所述t3的计算公式为t3＝t0+t2。
24.在采集正常的情况下，雷达天线与目标体耦合时，雷达映像剖面零点的下方会产生一个电磁反射波信号，这个反射信号实际上是电磁波遇到煤层表面产生的，故我们需要将该反射信号的起跳位置平移为实际的零点，采用本发明，可以避免现有超宽带空耦探地雷达主控单元记录的界面反射波占用一定的时间宽度，且存在反射波与子波相互叠加、得难以识别的情况，继而准确拾取界面位置，为煤岩界面识别和采煤机进刀控制提供准确依据。
25.所述固定采样时窗内的采样点数n为512、1024或2048，固定采样时窗内的采样点数越多，识别精度越准确。
26.在接收超宽带空耦探地雷达的雷达回波数据后，对雷达回波数据进行数据处理，所述数据处理包括使用工控机对采集到的数据进行如下至少一种操作：一维滤波、自适应滤波、反褶积、偏移处理、背景消除、频谱补偿处理、希尔伯特变换或小波变换，对雷达波数据处理后，再进行层位自动识别，可进一步提高识别精度。
27.超宽带空耦探地雷达的雷达回波数据每一数据道对应的横坐标值x(m)的求取方法具体为：在工作面采集数据时，根据液压支架位置进行打标，然后根据打标点之间的距离，可求得每一数据道对应的横坐标值；或根据煤机齿轮信息与雷达数据匹配，可以得到对
应的横坐标值，能够避免通讯延迟、提高精度，同时节约成本。
28.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
29.图1为本发明的流程图；
30.图2为本发明中直达波位置选取的示意图。
具体实施方式
31.参照附图，将详细描述本发明的具体实施方案。
32.参照图1，一种煤岩层位自动识别方法的实施例，一种煤岩层位自动识别方法，包括以下步骤：
33.s1接收超宽带空耦探地雷达的雷达回波数据；
34.s2识别超宽带空耦探地雷达直达波并确定直达波所在位置采样点为n0，时间为t0，
35.s3计算超宽带空耦探地雷达采样间隔t1，所述t1的计算公式为t1为采样间隔，t为采样时窗，n为固定采样时窗内的采样点数，
36.s4计算超宽带空耦探地雷达天线的悬空高度为h时，直达波与接收岩层界面反射波之间的时间差t2，所述t2的计算公式为其中，v为电磁波在空气中的传播速度，
37.s5计算超宽带空耦探地雷达直达波到岩层界面反射波经历的采样点数m，所述m的计算公式为
38.s6计算煤层表面反射波的实际所在位置t3，所述t3的计算公式为t3＝t0+t2。
39.在采集正常的情况下，雷达天线与目标体耦合时，雷达映像剖面零点的下方会产生一个电磁反射波信号，这个反射信号实际上是电磁波遇到煤层表面产生的，故我们需要将该反射信号的起跳位置平移为实际的零点，采用本发明的实施例，可以避免现有超宽带空耦探地雷达主控单元记录的界面反射波占用一定的时间宽度，且存在反射波与子波相互叠加、得难以识别的情况，继而准确拾取界面位置，为煤岩界面识别和采煤机进刀控制提供准确依据。
40.本实施例中，所述固定采样时窗内的采样点数n为512、1024或2048，优选地，固定采样时窗内的采样点数n为2048，固定采样时窗内的采样点数越多，识别精度越准确。
41.本实施例中，在接收超宽带空耦探地雷达的雷达回波数据后，对雷达回波数据进行数据处理，所述数据处理包括使用工控机对采集到的数据进行如下至少一种操作：一维滤波、自适应滤波、反褶积、偏移处理、背景消除、频谱补偿处理、希尔伯特变换或小波变换，对雷达波数据处理后，再进行层位自动识别，可进一步提高识别精度。
42.本实施例中，超宽带空耦探地雷达的雷达回波数据每一数据道对应的横坐标值x(m)的求取方法具体为：在工作面采集数据时，根据液压支架位置进行打标，然后根据打标点之间的距离，可求得每一数据道对应的横坐标值；或根据煤机齿轮信息与雷达数据匹配，可以得到对应的横坐标值，能够避免通讯延迟、提高精度，同时节约成本。
43.采用本发明，能对超宽带空耦探地雷达获取的雷达波数据进行处理，准确地进行
零点校正、准确地拾取界面位置，继而进一步为煤岩界面识别和采煤机进刀控制提供准确依据，避免煤层出现欠开采、过开采的情况。
44.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种煤岩层位自动识别方法，其特征在于，包括以下步骤：s1接收超宽带空耦探地雷达的雷达回波数据；s2识别超宽带空耦探地雷达直达波并确定直达波所在位置采样点为n0，时间为t0，s3计算超宽带空耦探地雷达采样间隔t1，所述t1的计算公式为t1为采样间隔，t为采样时窗，n为固定采样时窗内的采样点数，s4计算超宽带空耦探地雷达天线的悬空高度为h时，直达波与接收地面反射波之间的时间差t2，所述t2的计算公式为其中，v为电磁波在空气中的传播速度，s5计算超宽带空耦探地雷达直达波到岩层界面反射波经历的采样点数m，所述m的计算公式为s6计算煤层表面反射波的实际所在位置t3，所述t3的计算公式为t3＝t0+t2。2.根据权利要求1所述的一种煤岩层位自动识别方法，其特征在于：所述固定采样时窗内的采样点数n为512、1024或2048。3.根据权利要求1所述的一种煤岩层位自动识别方法，其特征在于：在接收超宽带空耦探地雷达的雷达回波数据后，对雷达回波数据进行数据处理，所述数据处理包括使用工控机对采集到的数据进行如下至少一种操作：一维滤波、自适应滤波、反褶积、偏移处理、背景消除、频谱补偿处理、希尔伯特变换或小波变换。4.根据权利要求1所述的一种煤岩层位自动识别方法，其特征在于：超宽带空耦探地雷达的雷达回波数据每一数据道对应的横坐标值x(m)的求取方法具体为：在工作面采集数据时，根据液压支架位置进行打标，然后根据打标点之间的距离，可求得每一数据道对应的横坐标值；或根据煤机齿轮信息与雷达数据匹配，可以得到对应的横坐标值。

技术总结
本发明涉及一种煤岩层位自动识别方法，包括以下步骤：S1接收超宽带空耦探地雷达的雷达回波数据；S2识别超宽带空耦探地雷达直达波并确定直达波所在位置采样点为n0，时间为t0，S3计算超宽带空耦探地雷达采样间隔t1，所述t1的计算公式为t1为采样间隔，T为采样时窗，N为固定采样时窗内的采样点数，S4计算超宽带空耦探地雷达天线的悬空高度为H时，直达波与接收地面反射波之间的时间差t2，所述t2的计算公式为其中，V为电磁波在空气中的传播速度，S5计算超宽带空耦探地雷达直达波到地面反射波经历的采样点数m，所述m的计算公式为S6计算煤层表面反射波的实际所在位置t3，所述t3的计算公式为t3＝t0+t2。。。


技术研发人员：康东
受保护的技术使用者：康东
技术研发日：2023.03.27
技术公布日：2023/7/12