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昨天,本报曾经报道过的全国首例电磁辐射人身伤害案在宣武法院开庭审理。北京检测仪器有限公司退休职工沙玲在庭上指控20年前其怀孕期间,受到单位三台仪器的电磁辐射,导致女儿出生后身患多种疾病。
沙玲诉称,1983年10月,北京检测仪器有限公司因工作需要,将三台LWF-B等离子体低温灰化装置设备放置在她所在办公室隔壁和门口使用,该设备电磁辐射性强,对人体危害极大,特别是对孕妇造成的影响及后果更为严重,在这种高电磁辐射的工作环境下,她于1983年12月怀孕后一直工作到分娩。由于受高电磁辐射的影响,女儿自出生起就身患多种疾病,最终右肾被切除。
北京检测仪器有限公司律师翟端生则出示证据称,沙玲本人是残疾人,1975年的诊断即证明沙玲胸部有畸形,其女儿所患疾病有可能是遗传。此外,当时的检测结果表明,该仪器的电磁辐射为零。到目前为止,沙玲没有举证其身体受到伤害的证明,其提交的证据全是其女儿的诊断证明,如果沙玲自身没有受到伤害,就无法证明其当时受到电磁辐射。
法官当庭表示,在沙玲申请对电磁辐射与其女儿多病之间是否有因果关系进行鉴定后,法官向北京市法庭科学技术研究所咨询,该所答复称其技术水平无法对此进行鉴定,而且目前也没有部门能进行鉴定。对此,沙玲表示,在没有相应资质部门能鉴定的情况下,法院应组织有关专家进行论证。
关键词:通信基站 电磁辐射 环境管理
中图分类号: TN91 文献标识码: A
一、基站电磁辐射
电磁辐射是电和磁交互产生的一种能量,电磁波可分为长波、中波、短波、超短波和微波。通信基站的电磁波属微波,移动通信GSM使用的是890MHz-954MHz,3G使用的是1920MHz-2170MHz,而日常使用的微波炉一般是2450MHz。
国内外相关研究表明,电磁辐射能够产生致畸效应、诱发白血病和癌症、影响生殖系统及心脑血管系统等。我国著名雷达专家、中国工程院院士王小谟认为,通信基站的电磁辐射对人体的影响是多方面的,且不是短期内可以发现的;中华医学会放射与防护学分会主任委员李开宝教授也指出,不排除通信基站天线对儿童造成危害的可能;然而,目前尚无数据表明通信基站的电磁辐射与疾病存在直接联系。
目前,我国通信基站周围环境中的磁辐射强度应符合国家《环境电磁波卫生标准》(GB9175-88)规定的“一级标准”(安全区),即,基站周围电磁辐射环境功率密度远低于10 w/cm2。与其它国家相比,我国的该标准相对严格,欧洲大部分国家现行标准为200 w/cm2。
二、意见和建议
2.1 严格执行环保审批验收制度
虽然电磁辐射污染防治法存在立法空白,但也是有法可依的。《中华人民共和国环境影响评价法》规定:可能产生电磁辐射污染的规划和项目都应当进行环境影响评价;《电磁辐射环境保护法》第七条明确提到,省级环保部门负责对豁免水平以上的电磁辐射项目和设备(通信基站属该范畴)申报登记、环评审批、验收,县级以上环保部门对本辖区电磁辐射环保工作实施统一监督管理;此法第二十条则要求在集中使用大型电磁辐射发射设施或高频设备的周围,不得修建居民住房和幼儿园等敏感建筑。
因此,环保执法部门要严格遵守法律法规,对未获得环保审批即进行建设或已投入使用的基站,尤其是建设在居民楼内的基站,应依法责令停止建设或使用。其次,要严格审查基站的建设地址、规模、类型、基站的频率、功率、天线高度、角度等与环评审批和验收的符合情况,发现问题,依法处理。
2.2 加大知识宣传,消除公众顾虑
电磁辐射因看不见、摸不着,其污染就会带有神秘性,也是人们谈“辐”色变的原因。加大对电磁辐射知识、国内外电磁辐射标准限值、我国基站建设的程序、通信基站环保技术要求等的宣传力度,疏堵结合,才能消除基站电磁辐射污染的隐蔽性,增强基站天线设备安装的透明性。
此外,应倡导企业负起相应的社会责任,加强电磁辐射污染防治,并采取措施打消公众对辐射安全的顾虑,减少投诉量。2013年3月中国移动首次在杭州西湖蒋村花园的小区绿化带里,树起了一个“基站辐射电子显示屏”,该屏显示了该区域国家电磁辐射标准限值和实时值,使看不见、摸不着的电磁辐射透明公开,放心存在。
2.3 加强对基站的监督管理
虽然,目前国际上尚无因通信基站电磁辐射造成人体危害的案例,但不排除基站电磁辐射污染对周围居民低剂量、长效应、潜在的暴露风险。市、区级环保执法部门应按照相关法律法规做好日常监督管理工作:基站天线电磁辐射区域设置警示标识以及验收合格标牌;定期对通信基站电磁辐射强度进行抽查监测,严格执行环境电磁波卫生标准;制定电磁辐射环境内部管理制度和突发事故应急预案;建立运行安全档案;督促基站项目建设前后向周围群众做好宣传和解释工作。
参考文献:
1、《中华人民共和国环境影响评价法》中华人民共和国主席令第77号
2、《电磁辐射环境保护管理办法》国家环保局第18号
3、《中华人民共和国电信条例》中华人民共和国国务院令第291号
4、《环境电磁波卫生标准》(GB9175-88)
5、电磁辐射污染对人体健康的危害与影响邱丽莉 UNDP妇女与环境国际研讨会 (2001年1月)
这是一份典型的电磁辐射测试报告,你可以明显看到图中央有一条标注为“EN55022 CLASSB 3M”的分界线,左上角标注了场强单位dBμV/m,横坐标是表示的频率范围从30MHz到1GHz。图中呈波浪形的电波图形代表测试产品在每个频率上的最大电磁辐射值,如果整个电波图形都在分界线以下(250MHz前应低于40dB,之后应低于47dB),就说明该产品符合电磁兼容标准,你没有必要为它的电磁辐射担心。
“电脑辐射大,要少用电脑。”
“怀孕了一定要穿防辐射服,这样才能保护胎儿不受辐射。”
“在电脑面前放一盆仙人掌,可以防辐射。”
“我用的是日本防辐射贴、防辐射卡,国际认证,防辐射效果最好。”
……
在《微型计算机》3・15专题调查中,我们发现许多读者都对上述防辐射的“真知灼见”提出了质疑。这些说法一直流行于大众,相互传播。但是,我们身边的、包括电脑在内的IT产品真的辐射很大,会严重危害到人的身体健康吗?这些流行的防辐射方法真的有用吗?
其实大家对于电脑辐射的担忧,更多源于对电磁辐射和核辐射的误解,将两者的性质和危害弄混淆了。实际上,电磁辐射和核辐射完全是两种不同的能量产生形式,对人体的危害,即对原子和分子的结构破坏力也有天壤之别。包括电脑在内的IT产品发出的是低频率、低能量的电磁辐射,迄今尚无真正权威可信的研究报道得出电脑辐射会直接危害人体健康的结论。
尽管如此,从防患于未然的角度考虑,我们仍然认为过量的照射对人体健康不利,因此各国政府和电信部门早就制定了电磁兼容标准。目前最通用的电磁兼容标准主要有美国联邦通信委员会的FCC Part 15,欧盟的EN55022,以及国际无线电干扰特别委员会制定的CISPR 22,这三种标准规定了相似(但并不相等)的限值。我国国内大多采用的是欧盟EN550 22:2006(CISPR22:2005)标准,该标准于2009年10月1日开始生效,无线频率的测试范围从30MHz至1GHz。(关于电磁辐射和电磁兼容标准的深度介绍 请参考《微型计算机》2011年4月上的《你必须了解的辐射知识》一文)。
前段时间央视曾报道了防辐射服对手机的电磁辐射无效,甚至还有反作用的新闻,引起了大家的高度关注。那么除了手机之外,包括电脑在内的IT产品又有多大的电磁辐射,那些流行的防辐射方法有没有效果呢?《微型计算机》评测室特别策划了本次专项测试。我们将在3米法电波暗室中测试产品的电磁辐射量,该测试环境得到了FCC(美国联邦通讯委员会)和Nemko(挪威电器标准协会)的认证,测试采用欧盟EN55022:2006标准,测试频率从30MHz到1GHz。
本次测试包含两部分,其一是测试辐射源的实际电磁辐射量,包括笔记本电脑、LCD显示器、键盘一体机、Andriod平板、iPad和一台模拟全频段辐射的噪音源,这个噪音源主要是为测试防辐射服而准备的。第二部分更加重要,是验证防辐射产品的实际效果,包括防辐射服、普通机箱、防辐射机箱、防辐射贴、防辐射卡和仙人掌盆栽,通过使用这些产品的前后对比就能知道它们究竟有没有效。
我们选择了一台主流笔记本电脑Acer Aspire 5750G为代表进行测试。测试结果表明笔记本电脑的电磁辐射量刚刚符合标准,辐射量最大处发生在790MHz频率,达到46.09dB,离4 7 d B的标准限值仅差0.91dB。还有些小尖峰可能被当作误差而没有被测试程序记录为有效值。
我们在实验室“因地制宜”挑选了一台AOC 152V显示器为代表进行测试。虽然它的型号很老,但做工扎实,从背后的散热孔可以清楚地看到其内部的金属防护罩。测试表明LCD显示器的电磁辐射量符合电磁兼容标准,最大电磁辐射量只有31.3dB。
键盘一体机是最近才出现的新玩意,MC评测工程师在测试这款微步WB-X5+5223时就在考虑它的电磁辐射问题,因此加入到本次测试当中。可以看到它的电磁辐射超过了规定的标准,最大电磁辐射量发生在239.99MHz,达到51.65dB,超标了4.65dB。
平板是现在越来越流行的IT产品,而且当我们手持平板时,它与人体的距离要比笔记本电脑和台式机“亲密”得多,因此我们挑选了三星Galaxy Tab 10.1为代表进行测试。由于平板的金属密闭结构特征,其最大电磁辐射量仅为29.71dB,离标准线还有15dB以上的安全距离。
抱着好奇心,我们也对流行的iPad进行了电磁辐射测试,看它与Andriod平板有无不同。结果表明在相近的结构下,iPad的最大电磁辐射量也只有30.41dB。就使用金属外壳的高端Andriod平板和iPad来说,可以认为它们使用起来不会对人体健康有电磁辐射影响。
为了模拟IT产品在高负载运行时的最大电磁辐射状态,我们使用了York EMC Services的专用噪音源,它能发出30MHz到1GHz的高电磁辐射量,全频段都能超过电容兼容标准的限值。如果防辐射服能够“降服”它,那么对电磁辐射更低的IT产品的防护自然不在话下。噪音源的最大电磁辐射量高达82.44dB!
许多电脑玩家都很关注防辐射机箱,市面上这类产品也非常多,但它真的能降低电磁辐射值吗?普通机箱和防辐射机箱有区别吗?为此我们使用了一台“外观控”的低价普通机箱和一台防辐射机箱,安装相同的主流平台,在运行大型游戏的状态下进行测试。
测试后发现,普通机箱在198.88MHz处超标了2dB,而防辐射机箱的最大电磁辐射量仅为28.5dB,距离标准还有11.5dB的安全余量。
总体上,两种机箱有一定的防辐射效果,但防辐射机箱对电磁辐射的屏蔽效果要明显好于普通机箱。造成这个差异的原因,我们将在最后通过对机箱的拆解进行分析。
目前防辐射服使用的面料主要有所谓的100%纯银纤维、纳米银纤维和金属纤维,这样一件品牌孕妇吊带衫的售价分别在360元、180元和100元左右。它们能不能阻挡电磁辐射呢?我们先把York EMC Services噪音源装入一个纸盒子,再分别用上述三种防辐射服完全包裹住这个盒子(单层包裹),分别测试其泄露出来的电磁辐射量,与噪音源的电磁辐射量进行对比,就可以知晓其防辐射效果。
在测试报告中可以看到,防辐射服(100%纯银纤维、纳米银纤维和金属纤维)包裹住噪音源后,其最大电磁辐射量(下方的电波图形)分别降至24.79dB、60.32dB和56.63dB,对电磁辐射的削弱幅度分别达到57.65dB、22.12dB和25.81dB。也就是说,如果能对辐射源或人体进行完全包裹,那么防辐射服的确能起到防辐射效果,其中100%纯银纤维面料的效果最好,纳米银纤维和金属纤维面料的效果稍差。
防辐射贴是大众广为使用的防辐射产品,我们测试的这款日本普思可灵Pulse Clean 21更是防辐射贴中的高端产品,售价近百元,号称获得了“第11届世界发明大会发明金奖”(发明专利号:US005945051A)。它声称通过释放负离子,对手机、电脑、微波炉、冰箱、空调甚至汽车都有防辐射效果,只要粘贴在上述电器设备上即可起效。于是我们将它分别贴在LCD显示器和键盘一体机上,测试其实际效果。使用防辐射贴之前,LCD显示器的最大电磁辐射量为31.3dB,使用之后为31.24dB,两者的差异几乎可以看作是误差。同样在键盘一体机上,使用防辐射贴之前其最大电磁辐射量为51.65dB,使用后仍为51.65dB。可见,防辐射贴对降低电磁辐射没有任何效果。
防辐射卡也是非常受大众欢迎的防辐射产品。我们测试的这款乐康人体防辐射卡(加强型),声称“可以吊在胸前或者放置在电脑与人之间的位置(键盘或者主机附近最好),还可放在衣兜或者钱包里,边走边防辐射,孕妇必备!”,甚至还有所谓的专业测试仪的测试视频可供观看。我们对它的测试方法与防辐射贴相同。
我们将防辐射卡放在LCD显示器和键盘一体机旁,测得其最大电磁辐射量分别为34.09dB和51.66dB,与使用防辐射卡之前相比没有变化。这无疑说明,防辐射卡也没有任何防辐射效果。
除了“专业”的防辐射贴、防辐射卡之外,仙人掌盆栽也常常被大家摆放在电脑旁,用来防辐射。使用同样的测试方法,在LCD显示器和键盘一体机旁边放上仙人掌盆栽,测得最大电磁辐射量为31.23dB和52.05dB,并未降低电磁辐射量,说明仙人掌也没有防辐射效果。
测试总结
看过了这么多电磁辐射测试报告,让我们再为大家完整梳理一遍。
屏蔽电磁辐射的两大关键:金属和密闭
大家知道,电磁辐射依靠电磁波进行传播,只有金属才能有效阻挡电磁波。要完全屏蔽所有的电磁波,最好的办法就是用一个密闭的金属结构,把电磁波和人体隔绝开来。
而对于非密闭的金属结构来说,电磁波将从开孔和缝隙中泄露出来,电磁波的波长越短(频率越高),就需要越小的开孔和缝隙才能阻挡它。因此更现实的做法是尽量缩小开孔和缝隙,这样也能屏蔽大多数电磁波,让电磁辐射值保持在安全标准之内。
现在我们掌握了防辐射的原理,再来看防辐射的方法。电磁波从电子设备这一源头发出,然后被人体吸收,因此要减小这个伤害,要么控制源头泄露出来的电磁辐射量,要么做好人体的电磁辐射防护。但从本次测试来看,人体防护和源头控制的实际效果截然不同。
人体防护都是忽悠
先来看当下最流行的防辐射服。由于防辐射服所用的面料添加了金属丝,并且编织结构较为紧密,因此其面料本身是具有一定电磁屏蔽效果。在完全包裹辐射源或人体的情况下,它的确能阻挡电磁辐射。
但是,当我们身穿防辐射服的时候,不可能做到完全包裹,总会露出头和四肢,此时又如何呢?我们又进行了一次模拟实验,用效果最好的100%纯银纤维防辐射服包裹装有噪音源的纸盒子,只露出盒子顶部的一面(模拟人体身穿防辐射服,只露出头部)。此次测得的数据大幅超标21.25dB,最大辐射量达 到68.25dB。实际上我们身穿防辐射服时,暴露的远不止头部,而且防辐射服的领口、袖口、下摆的空隙也很多,电磁波几乎是无孔不入。因此防辐射服的屏蔽效果非常有限,更多的是起到心理安慰的作用。
除了防辐射服之外,流行的人体防护方法还有防辐射贴、防辐射卡、仙人掌盆栽,以及更离谱的防辐射眼镜、防辐射挂饰、防辐射钛金戒指等。它们都无法对辐射源或人体形成密闭的金属结构,又哪里来的电磁屏蔽功能?其广告宣传所谓的释放负离子功能也与电磁辐射毫无关系。除了工业用的专业辐射屏蔽服之外,“民用级”的人体防护纯属忽悠。
防辐射只能从源头控制
既然人体防护无效,我们只能从辐射源的电磁屏蔽上想办法。
在辐射源的测试中大家可以看到,显示器、平板、iPad等金属结构密闭性较强的IT产品发出的电磁辐射完全符合电磁兼容标准,我们平时是可以放心使用的。
而不容易形成密闭结构的IT产品,比如笔记本电脑、键盘一体机发出的电磁辐射量就要高一些。至于玩家们常常讨论的裸机平台运行是否安全,看看在普通机箱的防护下电磁辐射尚且超标,裸机运行就更不安全了。
关键词:信息安全;电磁辐射
中图分类号:TP309文献标识码:A文章编号:1007-9599 (2010) 16-0000-01
The Electromagnetic Radiation and Protection of Computer
Li Liang
(Xuchang University,Xuchang461000,China)
Abstract:With the rapid development of computer information security technology,computer electromagnetic radiation has been more and more attention.Analysis of electromagnetic radiation in computer information systems approach,and a brief description of its protection.
Keywords:Information security;Electromagnetic radiation
一、概述
任何带电物体的周围都存在电场,而周期变化的电场将会产生周期变化的磁场,也就存在电磁波,产生电磁辐射,如果这种辐射的量超过限定条件,那么就会对环境形成电磁污染。和无处可躲的大气污染、水污染、噪声污染一样,电磁辐射同样无处不在,这使它成为公认的“第四污染源”。
只要存在电场变化的地方就会有电磁辐射。目前,能造成大面积电磁污染的主要有高压输配电系统、发射设备、微波设备、家用电器、计算机等等。其中高压输电系统的电磁辐射强度最大,对人体的危害最明显。为了保障从业者的健康,在辐射环境下的工作时间有着严格的限定。相比之下,诸如彩电、手机、微波炉、空调机、电冰箱、计算机等等家庭必需的电气设备所影响的人群更广泛。在上述常见的电气设备中,与人们工作、生活息息相关的计算机更值得关注。许多上班族和沉迷于网络世界的网虫每天面对计算机的时间往往超过8小时。而计算机本身就是一个不可小觑的电磁辐射源:微处理器、主板、显卡、声卡、内存、硬盘、光驱、显示器、USB接口等主要部件在工作时都会向外界辐射电磁能量。计算机所产生的电磁辐射,对那些长期接触计算机的人的身心健康有巨大的危害。
二、TEMPEST技术中电磁泄漏的途径
计算机及其外部设备内的信息,通常通过两种途径泄漏出去:以电磁波的形式辐射出去的称为辐射泄漏,这主要是指计算机内部产生的电磁辐射。这种辐射是由计算机内部的各种传输线(包括印制板上的走线)、信号处理电路、逻辑电路、显示器、开关元件和电机及其驱动控制电路产生的;另一种是通过各种线路和金属管道传导出去的称为传导泄漏。计算机系统的电源线、机房内的电话线、上下水管道和暖气管道以及地线等,都可能成为传导媒介,产生传导泄漏。传导泄漏往往伴随着辐射泄漏。
三、TEMPEST技术中电磁泄漏的防护
对于电磁泄漏,目前可以采用的措施主要有:使用低辐射设备、利用噪声干扰源、电磁屏蔽、滤波技术和光纤传输。
(一)使用低辐射设备。低辐射设备即TEMPEST设备。这是防辐射泄漏的根本措施。这些设备在设计和生产时就采取了防辐射措施,把设备的电磁泄漏抑制到最低限度。显示器是计算机安全的一个薄弱环节,对显示器的内容进行窃取,已是一项成熟的技术,因此选用低辐射显示器十分重要。单色显示器的辐射比彩色显示器低得多,使用等离子显示器或液晶显示器也能进一步降低辐射。
(二)利用噪声干扰源。电磁辐射干扰技术就是采用干扰器对计算机辐射进行电磁干扰,使窃收方难以提取视屏信息。利用噪声干扰源有两种方法:一是将一台能产生噪声的干扰器放在计算机设备旁边,干扰器产生的噪声与计算机设备产生的信息辐射一起向外辐射,使计算机设备产生的辐射不易被接受复现。干扰器产生的电磁辐射不应超过EMI(电磁干扰)标准;二是将处理重要信息的计算机放在中间,四周放一些处理一般信息的设备,让这些设备产生的电磁泄漏一起向外辐射。
(三)滤波技术。滤波技术是对屏蔽技术的一种补充。被屏蔽的设备和元器件并不能完全密封在屏蔽体内,仍有电源线、信号线和公共地线需要与外界连接。因此,电磁波还是可以通过传导或辐射从外部传到屏蔽体内,或从屏蔽体内传到外部。采用滤波技术,只允许某些频率的信号通过,而阻止其它频率范围的信号,从而起到滤波作用,有效地抑制传导干扰和传导泄漏。
四、计算机辐射的主要来源
虽然微处理器、主板、显卡、声卡、内存、硬盘、光驱、显示器、USB接口等主要部件在工作时都会向外界辐射电磁能量,但幸运的是,除显示器之外,这些配件都是被装在具有电磁屏蔽能力的机箱里面,阻挡了大部分电磁辐射。所以,我们通常受到的辐射一方面来自显示器,而另一方面则来自主机。倘若显示器在电磁屏蔽技术方面不够严谨,那么用户可能一周5天、每天8小时都会受到电磁辐射,对健康的危害显而易见。而机箱同样如此,设计不良的产品往往会发生电磁辐射泄漏,如果机箱与用户之间的距离太近,外泄的电磁辐射同样会影响到用户健康。
上述表明,计算机的电磁辐射主要来源于显示器和主机。其中显示器又分为CRT显示器(阴极射线管显示器)和LCD显示器(液晶显示器)。CRT显示器是计算机中最严重的辐射源。CRT显示器通过电子枪发射电子束实现画面显示,对外发射电子本身就会产生严重的电磁辐射,尽管厚厚的含铅玻璃屏幕可在一定程度上阻隔辐射,但仍然有不少电子穿透阻隔层而直接照射到使用者。所以,如何削弱这部分辐射至关重要。
按照物理学的定义,来自CRT显示器的辐射伤害主要可分为光辐射、低能x射线、无线电场、静电场和低频电磁场。其中光辐射为电子枪打在屏幕背后荧光层而发出的可见光和少量紫外线,只有少量的紫外线会对人体造成危害。X射线由电子束碰撞阴极射线管的内部前屏所产生,但因为能量极低,其辐射程度也可忽略不计。无线电场主要从CRT的控制电路部分发出,强度非常弱,经过短距离后基本上就衰减到零。静电场则是从CRT电子枪内部的加速电场所产生,最直接的体现就是会让屏幕吸附灰尘。而被认为对人体健康损害最严重的应该是低频电磁场,它主要由显示器的电源部分(高压包)和垂直/水平扫描电场所产生,电磁场频率在5Hz-400kHz之间。
五、结语
在信息时代的今天,任何国家的政治、军事、外交斗争都离不开信息,信息安全保密已成为国家安全战略的一个重要组成部分。信息安全保密是一项系统工程,电磁辐射泄漏也一样,任何单一的防护措施都不是万无一失的。要根据不同系统的特点采用与之相适应的最佳防护措施进行综合防护。
参考文献:
关键词 电磁辐射;煤岩动力灾害;煤与瓦斯突出;冲击地压
中图分类号:TD324 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2013)21-0083-02
随着我国煤炭开采历史的增长,矿井的深度越来越深,随之而来的是越来越显著的煤岩动力灾害(主要包括煤与瓦斯突出,冲击矿压等)。虽然近年来我国百万吨死亡率逐年下降,但由煤岩动力灾害产生的直接或间接事故已约占全年煤矿事故的2/3,直接导致煤矿安全、经济的严峻态势,所以建立健全有效的动力灾害预报系统对煤矿和工人都有重要的意义。本文所描述的煤岩电磁辐射(EME)法就是一种近年由中国矿业大学率先研究应用的新方法。
目前,我国对冲击地压的监测方法主要有钻屑法、顶板动态仪法、钻孔应力计法等方法,这几种都属于接触式间接反映岩体应力变化的探测法,具有相对较明显的缺陷:钻屑法要想达到较高的预测精度需要较大范围的打孔,工作量较大,而且,其计算要求的数据都与人工的操作时间性有较大关系,相对误差较大;顶板动态测量系统则是在顶板外壁有较显著变形才能被人警觉,达到其极限报警值时往往发育接近完成,而钻孔应力计法一方面在测量过程中对密封要求高,另一方面,本身打孔测应力就对对煤岩应力有一定的破坏,所以结果定与实际情况有出入。
而电磁辐射法则是一种非接触可连续预测的方法,实验验证和实际应用效果都很好。
1 电磁辐射(EME)预测法基本原理
电磁辐射(EME)方法是一种地球物理法,其发现和研究首先是由前苏联的科学家在研究岩石的形变时发现的,主要应用于桥梁隧道等工程方面,后来经过发展才应用于煤矿及其他有电磁辐射现象的地方。
煤、岩等其他一些固体中都含有束缚态的带电离子和呈自由态的带电电子,当其受到外部应力压迫时,因受载的不均匀,煤体或岩体的各部分发生不规则的变形及其破裂,导致固体内部电荷发生迁移,而裂缝的发展也会带动带电粒子的变速运动,这样就会产生电磁辐射的现象。研究已经表明当应变不均匀时,自由电荷与压缩区域的压力是成正相关的,这样高浓度的自由电荷必然会向低浓度区域扩散,这样电荷的电场在运动中产生磁场,从而产生电磁辐射。在实际中已经发现:应力越集中,变形破坏过程越强烈,的到的电磁辐射信号越强,集中量化指标体现在电磁辐射强度和脉冲。
在煤矿应用EME方法预报地压危险时应用的方法如下:
1)临界值法。这种方法是在地压危险较小或没有的区域布置测量点,连续观测10个班的数据,然后将监测到的电磁辐射值、脉冲的个数、电磁辐射的幅值平均值平均,之后乘以系数k,得到的数据即作为为临界报警值。系数取值一般为1.4~1.5。
2)偏差方法。这种方法是以前一班监测到的电磁辐射的平均值为基础,以当班实时监测到的数据减去基础值得到差值,和基础值比较,从而事先预警。
2 电磁辐射(EME)预测法的优势
与传统的预防冲击地压的方法来比,电磁辐射(EME)的预测有明显的优势。
首先符合煤矿自动化发展的方向,它不需要打钻等一系列费时费力的强体力劳动,在一定程度上解放了生产力,节省财力。
再者,与传统的方法相比电磁辐射(EMS)预测突出的系统为非接触式的,能够克服煤岩体在空间分布不均、时间上不稳定等因素的影响,在不额外扰动煤岩状态的前提下,不占用较多人力实现大区域动态连续实时的监测;
而且,相对传统的监测方法,电磁辐射(EME)法可以使用远程控制系统:EME方法反应灵敏,即使煤体发生缓慢的变化也会有信号显示,其监测到的井下各区域电磁辐射强度和脉冲能够综合反应煤岩的变形破裂情形,现代系统结合PLC显示器和工业网络,根据电磁辐射预测法基本原理,主要对这两项指标的监测数据进行人机对话或临突阈值系统自动作的方法对实际区域情况做出反应。
3 现场实验及应用描述
中国矿业大学教授钱建生、王恩元曾对电磁辐射法在煤矿的应用做过很多的验证,经过他们在平煤集团的研究表明:当一个煤层很稳定没有突出可能时,其煤岩电磁辐射强度很弱,脉冲数很少,应用EME方法几乎得不到数据;而当仪器测得的煤岩体的电磁辐射的信号变强,脉冲数随时间变高时,此时的煤体有较大的突出危险性,这时采取一定的措施就可以避免发生事故。通过长时间的观测以及实验分析得到的集团某矿的临突电磁辐射强度值和脉冲数值在后来的一系列预测预报中得到验证,是完全可靠的,这也说明EMS法在预防区域的煤岩动力灾害是可靠的。
抚顺某矿选择78002号二期、-680m东、西探巷及78002号初期回采未受保护的40m煤柱等地点利用电磁辐射预测法进行重点测试。在四个月的测试中,对54个测站,81个测点,共测试数据4800余批,500多万组数据,历经1.5级以上矿震29次,从每次矿震前的测试结果中得到的结论:矿震与电磁辐射强度不是线性的,但是其测试数据表现出一定的变化规律“电磁辐射强度出现连续、密集、大幅度的振荡”。通过分析知道,电磁辐射能量在一段时间内平稳上升时预示着冲激能量集聚,当其达到一定数值时,预示该地段具备了冲击地压发生条件。
应用电磁辐射法很好的是徐州三河尖煤矿。该矿自1911年9月首次发生冲击矿压以来,到2001年累计发生破坏性冲击矿压达25次,仅在西翼坚硬顶板区发生冲击矿压为19次,累计破坏巷道1700多米。中国矿业大学曾运用KBD5电磁辐射监测仪在该矿进行了电磁辐射预测冲击地压的试验与应用,取得了非常满意的结果,使该矿回采速度明显提高,实验结果显示:当煤矿某区域来压明显时,对应区域的电磁辐射就对应的出现辐射异常,具体的对应关系表现为,矿压越大,电磁辐射强度明显增强或出现强烈的振荡,实验过程中有3次预测有危险后采取了措施,未发生冲击地压,而在某先未采取泄压或泄压不完全的地方发生了突出,得到了验证。在根据EME预测无危险区域,未经任何认为干预,也没有发生冲击地压。现在该矿应用KBD-5电磁辐射仪,具体采用电磁辐射的临界值预测方法和变化率预测方法,在具有高度冲击危险条件的9112工作面和9202工作面成功地进行冲击矿压的检测与控制,并且在该矿《冲击矿压控制管理细则》中规定,当检测点的幅值达到80mV、脉冲数增加1倍及以上时,查明该区域范围,并分析该区域冲击矿压危险性,如果处于临界状态,则立即组织卸压,实现安全生产。
4 结束语
现在对煤岩电磁辐射现象的微观解释还不是很系统,这可能对EME方法在其他也有电磁辐射的领域应用会有一定的约束,但是基于煤岩电磁辐射法(EME)对煤矿煤岩动力灾害的监测、预报系统理论及实际应用都已经确定是可行的。而且这种应用的意义不仅在煤矿,对于地下交通正在加紧建设的中国来说也是很有借鉴性的,若能够有所突破,建立一套普适的系统将是一个非常有意义的科研课题。
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