基于伪随机序列的松散煤体声学测温方法及应用

• Published in: 煤炭科学技术 Vol. 52; no. 6; pp. 123 - 131
• Main Authors: 郭军, 高文静, 蔡国斌, 刘荫, 王凯旋
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室,陕西西安 710054 2024; 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%西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安 710054
• Subjects: 声源信号; 松散煤体; acoustic temperature measurement; 声学测温; 声波飞渡时间; loose coal; pseudo-random sequence; sound travel-time; sound source signal; 伪随机序列
• ISSN: 0253-2336
• DOI: 10.12438/cst.2023-1144

TD75; 长期以来,采空区、煤堆、煤仓等空间的煤自燃火灾时有发生,受限于工作区域的复杂环境和火源探测技术瓶颈等因素,较难实现煤自燃灾害高温点的快速量化识别.而声学测温技术具有测量精度高、测温范围宽、测量空间大等特点,可实现采空区等隐蔽火源位置精准探测且极具发展前景.目前该技术在松散煤体温度测量领域尚处于基础研究和实验室研究阶段,仍需开展大量研究.基于伪随机序列的优越性能,将其引入作为声源信号,并根据声学测温原理和伪随机序列声源信号产生原理,搭建了松散煤体声波测温试验系统.系统主体部分包括声学测试系统、程序升温系统、隔音系统和煤样箱体,结合试验测试和仿真模拟方法,验证了系统的准确性.利用理论分析、Matlab仿真和试验测试相结合的方法,开展伪随机序列声源信号的失真特性研究,确定了该信号的最佳处理方法,成功将其应用于松散煤体测温中.结果表明:伪随机序列可以作为采空区、煤堆、煤仓等空间的松散煤体声学测温的声源信号,但需运用二次相关PHAT-β算法对伪随机序列声源信号发生频率区间(1000～3000 Hz)进行处理,使频带变窄,能量集中;运用伪随机序列声源信号测量声波在松散煤体中飞渡时间,发现不同距离下声波飞渡时间测量结果误差小于 5%,并通过了对比验证;伪随机序列作为松散煤体的测温声源信号时,所反演温度与不同粒径的煤样温度之间的平均绝对误差为2.051℃,平均误差率5.293%,能够较为精准、可靠地反演煤温.