煤岩介质中无线通信频率及衰减机制研究

为给矿井煤岩体介质中无线传感器网络技术开发提供理论依据,基于麦克斯韦方程,建立了煤岩体介质中电磁信号衰减模型,采用理论分析和数值计算方法,得到煤岩体介质中电磁波的合理通信频段、衰减系数及趋肤深度等参数。结果表明:煤岩体的电性参数、孔隙率、温度、湿度是影响电磁信号衰减的主要因素;为保证电磁波在煤岩体介质中良好的传输性,通信频率≤1MHz;在单一有耗煤岩体介质中,电磁信号衰减系数大小为无烟煤>褐煤>肥煤>焦煤>贫煤,石灰岩>泥岩>粗砂岩>砂岩>细砂岩;井下电磁信号传输的有耗媒质为多元混合介质,为保证趋肤深度δ≥5 m,通信频率需满足f≤0.21 MHz.研究结果对确定适用于采空区的WSN最佳通信频率具有重要的应用价值。