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第
52
卷第
S2
期煤
炭
科
学
技
术Vol.
52No.
S2
2024
年
12
月Coal
Science
and
TechnologyDec.2024
范思涵，杨维，田子建.
井下柱状金属结构接收电磁波能量安全性分析[J].
煤炭科学技术，2024，52（S2）：
426−434.
FAN
Sihan，YANG
Wei，TIAN
Zijian.
Safety
analysis
of
electromagnetic
wave
energy
received
by
underground
columnar
metal
structures[J].
Coal
Science
and
Technology，2024，52（S2）：426−434.
井下柱状金属结构接收电磁波能量安全性分析
范思涵
，杨维
，田子建112
（1.
北京交通大学
电子与信息工程学院,
北京100044；2.
中国矿业大学(北京)
人工智能学院,
北京100083)）
摘要：在井下狭小空间内需要部设支架、照明线、钢轨、运煤车及风门等，导致井下金属结构集中。
井下金属结构可能会通过磁耦合或接收辐射电磁波的方式接收发射天线的电磁波能量，若金属结构
存在断点，则在断点处可产生感应电压。金属结构断点处发生刮擦，则会在断点处以刮擦放电的形
式以很低的电压产生刮擦放电火花，有点燃并引爆瓦斯气体的危险。为了尽可能避免因金属结构接
收发射天线的电磁波能量而引起瓦斯爆炸事故，保证矿井安全，研究电磁波能量对井下瓦斯气体的
安全性具有重要意义。以往的研究中大多没有细分井下金属结构的形式，如将金属结构细分为柱状
金属结构和环状金属结构等形式，而金属结构的形式对接收电磁波能量具有显著的影响。为此，针
对井下柱状金属结构电磁波能量的安全性进行了分析，研究了将井下柱状金属结构等效为偶极子接
收天线接收电磁波能量的安全性。通过建立柱状金属结构等效偶极子接收天线电路，求出了柱状金
属结构断点处产生刮擦放电火花负载上消耗的功率。分析了频率及负载匹配问题对负载上消耗功率
的影响，进而求出了负载上消耗的最大功率，以及柱状金属结构等效偶极子接收天线与发射天线之
间应保持的安全距离。仿真分析了柱状金属结构等效偶极子接收天线臂长、半径和柱状金属结构等
效偶极子接收天线和发射天线间的夹角对负载上消耗最大功率和安全距离的影响。仿真结果表明，
安全距离随柱状金属结构等效偶极子接收天线臂长和半径的增大而增大，随夹角的增大而减小。
关键词：煤矿；柱状金属结构；电磁波能量；放电火花；安全距离
中图分类号：TD655文献标志码：A文章编号：0253−2336（2024）S2−0426−09
Safetyanalysisofelectromagneticwaveenergyreceivedbyunderground
columnarmetalstructures
112
FAN
Sihan,
YANG
Wei,
TIAN
Zijian
（1.
SchoolofElec
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专注于经营管理类文案的拟写、润色等，本人已有10余年相关工作经验，具有扎实的文案功底，尤善于各种框架类PPT文案，并收集有数百万份各层级、各领域规范类文件。欢迎大家咨询！
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