[发明专利]矿井电磁波分析方法

权利要求书

1.矿井电磁波分析方法，其特征在于，包括：在仿真矿井巷道内从巷道断面中心附近区域沿巷道轴向设置一个竖直面，所述的竖直面和巷道顶板、一侧巷帮、巷道底板组成一个长方体区域，所述竖直面也可以与巷道顶板平行的一个平面、一侧巷帮、与巷道底板平行的一个平面组成一个长方体区域，所述的长方体区域分为长方体表面和长方体内部空间两部分；采用射线追踪法和时域有限差分法计算所述的长方体区域内的电磁波传播特性，在所述的长方体表面部分使用射线追踪法计算电磁波传播特性，在长方体内部空间部分使用时域有限差分法计算电磁波传播特性；在巷道断面内选择任意发射点位置，首先使用射线追踪法计算长方体表面上各离散网格的电场强度；接着将所述的电场强度作为时域有限差分法的激励源进行时域有限差分迭代，最终求出所述的长方体内部空间的电磁场强度；长方体内部空间网格的大小和长方体表面上离散网格大小由所述的时域有限差分法划定。

2.根据权利要求1所述的矿井电磁波分析方法，其特征在于，巷道宽度为W，巷道高度为H，巷道长度为L，坐标原点在巷道断面中心；设置的一个竖直面沿巷道宽度(x方向)、高度(y方向)、长度(z方向)上的坐标范围满足：

3.根据权利要求1所述的矿井电磁波分析方法，其特征在于，设置一个与巷道顶板平行的平面沿巷道宽度(x方向)、高度(y方向)、长度(z方向)上的坐标范围满足：

4.根据权利要求1所述的矿井电磁波分析方法，其特征在于，设置一个与巷道底板平行的平面沿巷道宽度(x方向)、高度(y方向)、长度(z方向)上的坐标范围满足：

5.根据权利要求1所述的矿井电磁波分析方法，其特征在于，在矩形仿真巷道内，设置一个与巷道断面平行的平面沿巷道宽度(x方向)、高度(y方向)、长度(z方向)上的坐标范围满足：

6.根据权利要求1所述的矿井电磁波分析方法，其特征在于，设发射点T坐标为(x₀,y₀,0)，采用所述的射线追踪法求解竖直面、与巷道顶板平行的平面、与巷道底板平行的平面的电场强度的方法，其步骤包括：

步骤1：发射点关于巷道顶板、巷道底板、巷道两侧巷帮像点I_pq的坐标(x_p,y_q,0)计算公式：

x_p＝Wp+(-1)^px₀，y_q＝Wq+(-1)^qy₀

其中，p、q都为整数，p为正表示发射点相对于顶板的反射次数，p为负表示发射点相对于底板的反射次数，q为正表示发射点相对于坐标为正的巷帮的反射次数，q为负表示发射点相对于坐标为负的巷帮的反射次数；

步骤2：发射点T发出的射线经过p，q次反射后到达接收点R之间的距离和发射点的像点I_pq到接收点R距离相等；接收点R的坐标为(x,y,z)，则R到像点I_pq的距离r_p,q为：

步骤3：假设入射射线与两侧巷帮，顶板和底板法向量的夹角分别为θ_||和θ_⊥，θ_||和θ_⊥的计算公式如下：

步骤4：入射波的电场矢量E_t分解为垂直极化和水平极化的电场矢量E_t⊥和E_t‖，E_t⊥和E_t‖的计算公式如下：

其中，n为反射点所在平面法向量；r为入射波方向矢量；

步骤5：同一材质或相近材质的巷道壁电磁参数相同，利用入射射线和反射面的夹角及巷道壁的电磁参数计算两侧巷帮和顶底板上的反射系数Γ_||和Γ_⊥，Γ_||和Γ_⊥的计算公式如下：

其中，巷道壁的复介电常数j为虚数符号；ε_r为巷道壁的相对介电常数；ω为电磁波的角频率；σ为电磁波传播介质的电导率；ε₀为真空介电常数；

步骤6：采用射线追踪法求解接收点R的电场强度E_r，E_r的计算公式如下：

其中，j为虚数符合；k为电磁波波数；

步骤7：循环使用步骤6中的电场强度计算公式，用射线追踪法求解用空间网格离散后的一个竖直平面、一个与巷道顶板平行的平面、一个与巷道底板平行的平面、一个和巷道断面平行的平面上的电场强度。