CN103410565B

CN103410565B - 冲击地压多参量过程监测系统及预警方法

Info

Publication number: CN103410565B
Application number: CN201310080756.7A
Authority: CN
Inventors: 毛德兵; 秦海涛; 蓝航; 潘俊锋; 孙学波
Original assignee: Tiandi Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Tiandi Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2013-03-14
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2033-03-14
Also published as: CN103410565A

Abstract

冲击地压多参量过程监测系统及预警方法，方法步骤包括：①利用传统的冲击地压监测方法对开采活动周围区域进行监测，确定危险区域；②在危险区域布置传感元件；③将传感元件与数据通信基站有线连接；④将数据通信基站与邻近数据通信基站及交换设备无线连接；⑤将交换设备与分析处理单元通过光纤连接；⑥传感元件开始工作后，将所采集到的数据通过数据通信基站、交换设备传输给分析处理单元；⑦分析处理单元对所接收到的数据进行存储和分析，根据与预设的危险指标值对比，实现对冲击地压发生的预警。监测系统包括两个以上传感元件、两台以上数据通信基站、交换设备和分析处理单元。本发明提供的预警方法及监测系统成本低、布局灵活、预警效果好。

Description

冲击地压多参量过程监测系统及预警方法

技术领域

[0001]本发明涉及灾害预警方法及监测系统，特别是冲击地压多参量过程预警方法及监测系统。

背景技术

[0002]冲击地压灾害现象是在煤矿开采过程中发生的重大动力灾害事故。近几十年来，国内外专家学者通过对冲击地压发生机理的深入研究取得了积极的成果，对于减少冲击地压灾害造成的人员伤亡和经济损失作出了许多积极的贡献，这主要体现在国内外专家学者基于各自研究成果提出了诸多冲击地压预测预报方法。

[0003]这些预测预报方法主要有:微震和地音(声发射)法，钻肩法和电磁辐射法等。但上述冲击地压预测预报方法实际都是基于煤岩体能量变化进行的，虽然冲击地压发生往往是积聚在煤岩体内能量爆发的结果，但实际上，煤岩体内能量爆发前需要一个积聚过程，这个过程同时也是煤岩体应力位移发生变化的过程，而在接近能量爆发前，应力位移变化频率和幅度将明显增加，相比于能量变化监测，应力位移变化监测更直观，更快捷，因此，为达到更为理想的预测预报效果，应该对冲击地压发生前的煤岩体应力位移变化进行实时监测。

[0004]目前，监测煤岩体应力位移的方法及系统都集中于常规监测，主要是为预测预报顶板来压和监测液压支架工作状态，监测周期最小为30秒，而冲击地压发生过程只有几秒至几十秒，因此，冲击地压发生前应力位移发生明显变化的周期都应在毫秒级，上述监测方法采用的监测频率无法满足冲击地压预报的要求。而且，预报冲击地压发生与常规监测区别还在于，冲击地压发生区域处于局部，在局部区域需要密集连续监测，而在其他区域完全不需要监测，但目前应力位移监测方法都是针对较大范围的监测，监测点布设范围大，在局部密度反而小，因此造成监测成本很高，且费时费力，但效果欠佳，不适用于冲击地压发生的监测；同时此种方法由于均采用工业总线连接众多的传感元件、传输分站和总站等，移动十分不便，不利于随时调整布设结构。

[0005]综上所述，现有技术中尚没有通过实时监测煤岩体应力位移变化实现快速、准确且低成本的预测预报冲击地压发生的预警方法及监测系统。

发明内容

[0006]为解决现有技术中耗时耗力、成本高、效果差的技术问题，本发明提供了成本低、布局灵活准确、效果好的冲击地压灾害预警方法及监测系统。

[0007]本发明采用的技术方案如下:

[0008] 冲击地压多参量过程预警方法，包括如下步骤:

[0009]①利用传统的冲击地压监测方法对开采活动周围区域进行监测，根据所述冲击地压监测方法的评价标准确定危险区域；

[0010]②在所述危险区域布置传感元件；

[0011]③将所述传感元件与数据通信基站有线连接；

[0012]④将所述数据通信基站与邻近的所述数据通信基站及交换设备无线连接；

[0013]⑤将所述交换设备与分析处理单元通过光纤连接；

[0014]⑥所述传感元件开始工作后，将所采集到的数据通过所述数据通信基站、所述交换设备传输给所述分析处理单元；

[0015]⑦所述分析处理单元对所接收到的数据进行存储和分析，通过数据处理，再根据与预设的危险指标值对比，实现对冲击地压发生的预警。

[0016]上述预警方法中，在所述步骤①中，所述冲击地压监测方法是钻肩法、地音法或电磁辐射法。

[0017]上述预警方法中，在所述步骤⑤和⑥之间，利用所述分析处理单元对所述数据通信基站进行网络参数配置，使所述数据通信基站每台都具备唯一的IP地址和MAC地址。

[0018]上述预警方法中，在所述步骤⑤和⑥之间，利用所述分析处理单元对所述传感元件数据采集周期进行设置。

[0019]上述预警方法中，在所述步骤⑤和⑥之间，利用所述分析处理单元对所述传感元件数据采集周期进行设置，所述传感元件数据采集周期小于I秒，所述分析处理单元对采集间隔小于I秒的数据进行存储、分析和处理。

[0020]上述预警方法中，在所述步骤⑤和⑥之间，利用所述分析处理单元对所述传感元件数据采集阀值进行设置，当数据值大于阀值时，所述传感元件才开始采集数据。

[0021 ]上述预警方法中，所述数据通信基站和所述交换设备安置于井下区域。

[0022]上述预警方法中，所述分析处理单元安置于井上区域。

[0023]上述预警方法中，所述数据通信基站采用的传输协议为IEEE802.llb/g/n。

[0024]上述预警方法中，所述数据通信基站采用无线mesh网络将数据传输给所述交换设备。

[0025]无线mesh网络能够使每台所述数据通信基站将相连的所述传感元件采集的数据进行打包，并传输给邻近的所述数据通信基站，同时也将上一台邻近的所述数据通信基站传输的数据传输给下一台邻近的所述数据通信基站，最终将全部所述传感元件采集的数据传输给所述交换设备。

[0026]上述预警方法所采用的冲击地压多参量过程监测系统，包括两个以上传感元件，两台以上数据通信基站，交换设备和分析处理单元，所述传感元件用于采集、存储、传输煤岩体及支护设备应力位移数据;所述数据通信基站用于接收、传输所述传感元件和所述邻近数据通信基站传输的数据;所述交换设备用于接收、传输所述数据通信基站传输的数据;所述分析处理单元用于接收所述交换设备传输的数据，并对所接收的数据进行存储和分析，根据与预设的危险指标值对比，实现对冲击地压发生的预警;所述传感元件通过有线方式连接到一个所述数据通信基站上，所述数据通信基站与邻近的所述数据通信基站无线连接，同时与所述交换设备无线连接，所述交换设备通过光纤与所述分析处理单元连接。

[0027]上述监测系统中，所述传感元件为应力传感器或位移传感器。

[0028]上述监测系统中，所述应力传感器包括锚杆应力传感器、锚索应力传感器和钻孔应力计中的一种或多种。

[0029]上述监测系统中，所述位移传感器包括顶板离层仪、围岩移动传感器和底板位移计中的一种或多种。

[0030]上述监测系统中，所述传感元件和相连的所述数据通信基站之间采用多芯电缆连接。

[0031]上述监测系统中，所述传感元件和相连的所述数据通信基站共用一个隔爆电源。

[0032]上述监测系统中，所述分析处理单元包括地面数据服务器和监控计算机。

[0033]上述监测系统还包括中继数据通信基站，所述中继数据通信基站与邻近的所述数据通信基站或所述中继数据通信基站无线连接，同时与所述交换设备无线连接。

[0034]本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点:

[0035]①本发明提供的冲击地压灾害预警方法，首先利用传统冲击地压监测方法确定危险区域，然后再有针对性的布置监测系统，因此，本方法预警范围明显减小，整个监测系统成本明显降低，同时也可以在控制成本的情况下，增加预警范围的传感元件、数据通信基站等的数量，使监测系统预警效果更准确。

[0036]②本发明提供的冲击地压灾害预警方法，由于采用分析处理单元对数据通信基站进行网络参数配置，使数据通信基站每台都具备一个唯一的IP地址和MAC地址，因此，本方法能够针对无线组网身份进行识别，提高了数据安全性，同时也便于地面软件维护和管理，提高了预警的持续性和稳定性。

[0037]③本发明提供的冲击地压灾害预警方法，由于通过分析处理单元对传感元件数据采集周期进行设置，可以针对具体预警区域灵活修改采集周期，提供数据传输效率，数据采集周期设置为毫秒级，能够准确采集到冲击地压发生前实时的煤岩体应力位移数据，提高预警的准确性。

[0038]④本发明提供的冲击地压灾害预警方法，由于采用数据值大于阀值时，传感元件才开始采集数据的技术，所以，本方法可以针对不同预警区域设定不同的起始采集阀值，有效的控制了采集数据数量，提高了数据传输效率，有效提高了预警的及时性。

[0039]⑤本发明提供的冲击地压灾害预警方法，由于数据通信基站通过无线mesh网络将数据传输给交换设备，因此，本方法可以在某个数据通信基站发生故障的情况下，还能保证其他数据通信基站能够将数据传输给交换设备，保证本方法的预警效果。

[0040]⑥本发明提供的冲击地压多参量过程监测系统，由于采用数据通信基站之间及与交换设备之间采用无线传输方式传输数据，而交换设备与分析处理单元使用光纤连接，因此，本系统在保证传输效率的情况下，还具有更好的灵活性，可以随时根据监测目的，调整本系统布局；同时还能在传感元件采集数据大幅增加的情况下，保证数据快速有效的传输给地面分析处理单元。

[0041]⑦本发明提供的冲击地压多参量过程监测系统，可以同时连接锚杆应力传感器、锚索应力传感器、钻孔应力计、顶板离层仪、围岩移动传感器和底板位移计等六种传感元件，因此能够更全面的监测冲击地压发生前煤岩体应力位移的变化，预警效果更好。

附图说明

[0042]为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

[0043]图1是本发明冲击地压监测系统在井上下布置的示意图；

[0044] 图2是图1A-A向的剖面图。

[0045]图中标记为:1-传感元件，101-锚杆应力传感器，102-锚索应力传感器，103-钻孔应力计，104-顶板离层仪，105-围岩移动传感器，106-底板位移计，2-数据通信基站，3-交换设备，4-分析处理单元，401-地面数据服务器，402-监控计算机，5-隔爆电源，6-光纤，7-中继数据通信基站，8-井上区域，9-井下区域，10-危险区域。

具体实施方式

[0046]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

[0047]如图1和2所示，是本发明冲击地压灾害预警方法及监测系统的优选实施例。

[0048]所述监测系统包括两个以上传感元件I，两台以上数据通信基站2，交换设备3，分析处理单元4;所述传感元件I通过有线方式连接到一个所述数据通信基站2上，所述数据通信基站2与邻近的所述数据通信基站2无线连接，同时与所述交换设备3无线连接，所述交换设备3通过光纤6与所述分析处理单元4连接。

[0049]在本实施例中，数据通信基站2数量为3台，每台数据通信基站2上连接的传感元件I为8个。

[0050]在本实施例中，所述传感元件I为应力传感器或位移传感器。所述应力传感器包括锚杆应力传感器101、锚索应力传感器102和钻孔应力计103。所述位移传感器包括顶板离层104、围岩移动传感器105和底板位移计106。

[0051]在本实施例中，所述传感元件I和相连的所述数据通信基站2之间采用多芯电缆连接。

[0052]在本实施例中，所述传感元件I和相连的所述数据通信基站2共用一个隔爆电源5。

[0053]在本实施例中，所述分析处理单元4包括地面数据服务器401和监控计算机402。

[0054]在本实施例中，还包括中继数据通信基站7，所述中继数据通信基站7与邻近的所述数据通信基站2或所述中继数据通信基站7无线连接，同时与所述交换设备3无线连接。所述中继数据通信基站7数量为3台。

[0055]在其他实施例中，数据通信基站2数量可以为4台或更多，每台数据通信基站2上连接的传感元件I为6个。

[0056]在其他实施例中，中继数据通信基站7为4台或更多。

[0057]利用上述监测系统对冲击地压发生进行监测的预警方法，包括如下步骤:

[0058]①利用传统的冲击地压监测方法对开采活动周围区域进行监测，根据所述冲击地压监测方法的评价标准确定危险区域10;

[0059] ②在所述危险区域10布置传感元件I;

[0060]③将所述传感元件I与数据通信基站2有线连接；

[0061]④将所述数据通信基站2与邻近的所述数据通信基站2无线连接，并与交换设备3无线连接；

[0062]⑤将所述交换设备3与分析处理单元4通过光纤6连接；

[0063]⑥所述传感元件I开始工作后，将所采集到的数据通过所述数据通信基站2、所述交换设备3传输给所述分析处理单元4;

[0064]⑦所述分析处理单元4对所接收到的数据进行存储和分析，通过数据处理，再根据与预设的危险指标值对比，实现对冲击地压发生的预警。

[0065]在本实施例中，在所述步骤①中，所述冲击地压监测方法是钻肩法、地音法或电磁辐射法，优选钻肩法。

[0066]在本实施例中，在所述步骤⑤和⑥之间，利用所述分析处理单元4对所述数据通信基站2进行网络参数配置，使所述数据通信基站2每台都具备唯一的IP地址和MAC地址。

[0067]在本实施例中，在所述步骤⑤和⑥之间，利用所述分析处理单元4对所述传感元件I数据采集周期进行设置，数据采集周期小于I秒，优选为100毫秒，所述分析处理单元4对采集间隔小于I秒的数据进行存储、分析和处理。

[0068]在本实施例中，在所述步骤⑤和⑥之间，利用所述分析处理单元4对所述传感元件I数据采集阀值进行设置，当数据值大于阀值时，所述传感元件I才开始采集数据。应力阀值优选设置为0.5MPa，位移阀值优选设置为1mm。

[0069]在本实施例中，所述数据通信基站2和所述交换设备3安置于井下区域9。

[0070]在本实施例中，所述分析处理单元4安置于井上区域8。

[0071 ]在本实施例中，所述数据通信基站2采用的传输协议为IEEE802.llb/g/n。

[0072]在本实施例中，所述数据通信基站2采用无线mesh网络将数据传输给所述交换设备3 ο

[0073]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims

1.冲击地压多参量过程预警方法，其特征在于:包括如下步骤: ①利用传统的冲击地压监测方法对开采活动周围区域进行监测，根据所述冲击地压监测方法的评价标准确定危险区域(10)； ②在所述危险区域(10)布置传感元件(I); ③将所述传感元件(I)与数据通信基站(2)有线连接； ④将所述数据通信基站(2)与邻近的所述数据通信基站(2)及交换设备(3)无线连接； ⑤将所述交换设备(3)与分析处理单元(4)通过光纤(6)连接； ⑥所述传感元件(I)开始工作后，将所采集到的数据通过所述数据通信基站(2)、所述交换设备(3)传输给所述分析处理单元(4); ⑦所述分析处理单元(4)对所接收到的数据进行存储和分析，通过数据处理，再根据与预设的危险指标值对比，实现对冲击地压发生的预警；其中，在所述步骤⑤和⑥之间，利用所述分析处理单元(4)对所述传感元件(I)数据采集周期进行设置，所述传感元件(I)数据采集周期小于I秒，所述分析处理单元(4)对采集间隔小于I秒的数据进行存储、分析和处理。

2.根据权利要求1所述的预警方法，其特征在于:在所述步骤①中，所述传统的冲击地压监测方法是钻肩法、地音法或电磁辐射法。

3.根据权利要求1所述的预警方法，其特征在于:在所述步骤⑤和⑥之间，利用所述分析处理单元(4)对所述数据通信基站(2)进行网络参数配置，使所述数据通信基站(2)每台都具备唯一的IP地址和MAC地址。

4.根据权利要求1所述的预警方法，其特征在于:在所述步骤⑤和⑥之间，利用所述分析处理单元(4)对所述传感元件(I)数据采集阀值进行设置，当数据值大于阀值时，所述传感元件(I)才开始采集数据。

5.根据权利要求1所述的预警方法，其特征在于:所述数据通信基站(2)和所述交换设备(3)安置于井下区域(9)。

6.根据权利要求1所述的预警方法，其特征在于:所述分析处理单元(4)安置于井上区域⑶。

7.根据权利要求1所述的预警方法，其特征在于:所述数据通信基站(2)采用的传输协议为IEEE 802.11b/g/n。

8.根据权利要求7所述的预警方法，其特征在于:所述数据通信基站(2)采用无线mesh网络将数据传输给所述交换设备(3)。

9.权利要求1-8任一所述的预警方法所采用的冲击地压多参量过程监测系统，其特征在于:包括两个以上传感元件(I)，用于采集、存储、传输应力位移数据；两台以上数据通信基站(2)，用于接收、传输所述传感元件(I)和邻近的所述数据通信基站(2)传输的数据；交换设备(3)，用于接收、传输所述数据通信基站(2)传输的数据；分析处理单元(4)，用于接收所述交换设备(3)传输的数据，并对所接收的数据进行存储和分析，根据与预设的危险指标值对比，实现对冲击地压发生的预警；所述传感元件(I)通过有线方式连接到一个所述数据通信基站(2)上，所述数据通信基站(2)与邻近的所述数据通信基站(2)无线连接，同时与所述交换设备(3)无线连接，所述交换设备(3)通过光纤(6)与所述分析处理单元(4)连接。

10.根据权利要求9所述的监测系统，其特征在于:所述传感元件(I)为应力传感器或位移传感器。

11.根据权利要求10所述的监测系统，其特征在于:所述应力传感器包括锚杆应力传感器(101)、锚索应力传感器(102)和钻孔应力计(103)中的一种或多种。

12.根据权利要求11所述的监测系统，其特征在于:所述位移传感器包括顶板离层仪(104)、围岩移动传感器(105)和底板位移计(106)中的一种或多种。

13.根据权利要求9所述的监测系统，其特征在于:所述传感元件(I)和相连的所述数据通信基站(2)之间采用多芯电缆连接。

14.根据权利要求9所述的监测系统，其特征在于:所述传感元件(I)和相连的所述数据通信基站(2)共用一个隔爆电源(5)。

15.根据权利要求9所述的监测系统，其特征在于:所述分析处理单元(4)包括地面数据服务器(401)和监控计算机(402)。

16.根据权利要求9-15任一所述的监测系统，其特征在于:还包括中继数据通信基站(7)，所述中继数据通信基站(7)与邻近的所述数据通信基站(2)或所述中继数据通信基站(7)无线连接，同时与所述交换设备(3)无线连接。