Рациональный частотный диапазон и критерии диагностирования зон эндогенных пожаров в породоугольных массивах методом георадиолокации

Abstract

Актуальность исследования обусловлена недостаточной изученностью влияния физических особенностей зон развития эндогенного пожара в породоугольном массиве на результаты диагностирования расположения и границ этих зон методом георадиолокации, что снижает точность прогноза. Целью исследования является экспериментально-теоретическое обоснование рационального частотного диапазона и критериев диагностирования зон эндогенных пожаров в породоугольных массивах методом георадиолокации с учетом физических особенностей этих зон. Объект: физические параметры зоны самовозгорания углепородного массива, влияющие на результаты георадиолокационного мониторинга: геометрия очага пожара; диэлектрическая проницаемость и удельное электрическое сопротивление. Методы: анализ по экспериментальным данным диапазонов изменения электромагнитных свойств горных пород при изменении температуры и влажности в диапазоне частот георадиолокации; выявление эффективных принципов расчета режимов георадара, обеспечивающих оптимальное сочетание глубинности и разрешающей способности; анализ банка практических радарограмм с аномальными зонами, аналогичными по свойствам зонам эндогенных пожаров. Результаты. Рациональный диапазон центральной частоты георадара может быть определен следующими методами: на основе комплексного параметра, включающего излучаемую мощность антенны, число накоплений и коэффициент отражения от границы объекта; по экстремальному значению функции, включающей глубину и детальность зондирования как функции частоты; решением системы уравнений функции ослабления сигнала и энергетического потенциала георадара. Физические особенности зоны эндогенного пожара состоят в высушивании породоугольного массива с образованием аномальной зоны с ярко выраженными диэлектрическими свойствами (ɛ '=4-6; ρ>100 Ом·м), по форме близка к вытянутому эллипсоиду или сплюснутому по вертикали сфероиду. С учетом этих особенностей рациональный диапазон центральной частоты для георадара «ОКО-2» составил 49,2-132,6 МГц, при этом разрешающая способность составит 0,442-1,152 м. При интерпретации радарограммы запожаренные зоны диагностируют по участкам, отличающимся аномальным ослаблением осей синфазности, а зоны обрушенных пород и пустот над очагом - по аномальной хаотичной волновой картине.

Relevance. The necessity to improve the accuracy of analysis and prediction of potential fire hazard of rock-coal massifs by using electromagnetic methods of endogenous fire detection. Taking into consideration that the increase in coal temperature changes a number of its parameters, such as dielectric permittivity and electrical resistivity, it is reasonable to use the method of electromagnetic reconnaissance in locating the focus of fire. Aim. To analyze the theoretical and practical knowledge about the anomalies formed in the area of spontaneous combustion and to evaluate the effectiveness of electromagnetic methods for locating the spontaneous combustion zones of a coal massif. Objects. Physical parameters of the ignition zone of the coal massif, such as dielectric permittivity and electrical resistivity, as well as the range of the GPR central frequency, allowing clearly defining the boundaries of the ignited zone. Method. Reviewing the proposed methods of determining the parameters serving for correct location of the fire zone. For GPR it is necessary to determine the center frequency of the standard antenna unit and resolution, then to estimate the rational frequency range of GPR. Results. Allow us to draw conclusions about the methods used to determine the rational range of GPR center frequency - it can be calculated by solving the system of equations of the signal attenuation function and energy potential of GPR, by the experimental value of the target function, including the depth and detail of sounding as a function of frequency, or on the basis of a complex parameter of GPR, including the radiated power of the antenna, the number of accumulations and the reflection coefficient from the boundaries. Taking into account such physical features of the fire zone as drying the rock-angle massif and the shape of the anomalous zone, the rational range of the center frequency for the GPR "OKO-2" was determined