CN103410569B - 金属矿山井下微震监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属矿山井下微震监测系统，包括至少一台设置在井下被监测区段巷道中的井下网络多通道采集器，所述井下网络多通道采集器包括多个用于模拟信号采集的差分输入通道，每个差分输入通道分别与一个微震信号收集装置相连，各个微震信号收集装置固定分布在不同方向的井下巷道侧壁上；所述井下网络多通道采集器的输出端依次通过传输局域网和集线器局域网与地面数据接收处理平台相连。本发明具有微震动实时在线监测与分析、预防井下事故发生、优化回采过程的爆破落矿效果以及掌握周围设备系统振动状况等特点，适于广泛应用于微震监测技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及微震监测技术领域，具体地指一种金属矿山井下微震监测系统。
背景技术
随着金属矿山生产井下采掘的不断进行，不断加深的生产巷道受到的岩体压力逐渐加深，这容易导致采掘巷道顶板垮塌、突水淹井、冲击地压等矿山井下地质灾害。同时，对生产中正常回采爆破落矿的波形进行分析和判断整理，以优化回采过程的爆破落矿效果，掌握周围设备系统的振动状况，也已成为金属矿山生产中亟待解决的问题。微震监测技术是目前国内外常用的岩体工程安全监测技术，广泛应用于岩体的安全预测和预报。而应用于地下矿井井下围岩的具有微震动实时在线监测与分析、预防井下事故发生、优化回采过程的爆破落矿效果、掌握周围设备系统振动状况的金属矿山井下微震监测系统，还未见记载。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种应用于地下矿山井下矿岩的具有微震动实时在线监测与分析、预防井下事故发生、优化回采过程的爆破落矿效果以及掌握周围设备系统的振动状况的金属矿山井下微震监测系统。
为实现上述目的，本发明所设计的金属矿山井下微震监测系统，包括至少一台设置在井下被监测区段巷道中的井下网络多通道采集器，所述井下网络多通道采集器包括多个用于模拟信号采集的差分输入通道，每个差分输入通道分别与一个微震信号收集装置相连，各个微震信号收集装置固定分布在不同方向的井下巷道侧壁上；所述井下网络多通道采集器的输出端依次通过传输局域网和集线器局域网与地面数据接收处理平台相连。
作为优选方案，所述地面数据接收处理平台包括远程参数设置模块、数据预处理模块和信号显示与分析模块；所述远程参数设置模块用于设置井下网络多通道采集器各个差分输入通道测量采集信号的采集速度、采集长度、起始通道号、终止通道号、地址编码、数据缓存和数据传输；所述数据预处理模块用于对采集信号数据进行预处理、设置所有微震信号收集装置和井下网络多通道采集器的参数，更改预处理算法和实施传输所有数据，包括小波滤波消噪、希尔伯特—黄变换处理、纵波到时判断分析、震源定位分析和震源类型分析，以及地址灾害预测判断分析；所述信号显示与分析模块用于对微震信号进行分析计算，定位确定震源发生位置及类型，对可能发生的地质灾害进行预测和预报，并建立原始数据库和信号模式识别数据库。
进一步地，所述井下网络多通道采集器设置有3台，每台井下网络多通道采集器包括16个用于模拟信号采集的差分输入通道，分别与16个微震信号收集装置相连。
再进一步地，所述传输局域网与集线器局域网均由传导光纤及其配套器件组建而成。
还进一步地，所述微震信号收集装置（1）包括一个微震动传感器（1.3）和多根震动感知杆（1.2），各根震动感知杆（1.2）分别锚固在井下巷道侧壁不同方向上的井下监测孔（1.1）内，各根震动感知杆（1.2）伸出井下监测孔（1.1）之外的一端通过设置在井下巷道侧壁上的连接杆（1.4）刚性连接；所述微震动传感器（1.3）安装在其中一根震动感知杆（1.2）的伸出端上。
更进一步地，所述微震动传感器通过螺纹与震动感知杆的伸出端可拆卸式连接。
更进一步地，所述震动感知杆通过粘接剂层与井下监测孔锚固相连。
更进一步地，所述震动感知杆设置有3～5套。
本发明的工作原理是这样的：目前，金属矿山井下开采的阶段高度大多在60m左右，分段高度大约为10～12m左右，根据这一规律，金属矿山井下微震监测系统根据采掘进度以各分段为单元进行系统优化布置。
本发明金属矿山井下微震监测系统，包括多台设置在井下被监测区段巷道中的井下网络多通道采集器，所述井下网络多通道采集器包括数值信号缓存体以及多达32个单端或16个差分输入通道用于模拟信号采集，分别与16个微震信号收集装置相连；并具有设置数值信号缓存大小、震动速度上下限值和采集记录长度值的功能。所述井下网络多通道采集器的各个信号通道的有效频宽至少为60～800Hz，每通道采集速度为15.625KHz，采样信号分辨率至少1mm·s-1。
每个微震信号收集装置，包括带有一个微震动传感器和多根震动感知杆，各根震动感知杆分别锚固在井下巷道侧壁不同方向上的井下监测孔内，各根震动感知杆由连接杆刚性连接形成一个整体刚性网，微震动传感器刚性连接在其中一根震动感知杆的伸出端上。所述微震信号收集装置可以根据井下监测需要，安装于井下巷道侧壁任意位置，安装数量按井下网络多通道采集器的数量以及各井下网络多通道采集器的搭配关系确定。当需要转移监测目标时，这些微震动传感器可以拆卸转移至新的监测位置。微震信号收集装置的电压灵敏度至少120v/(m/s)，有效频宽至少60～800Hz，监测速度幅值±0.1m·s-1。
所有的井下网络多通道采集器的输出端依次通过均由传导光纤及其配套器件组建而成的传输局域网和集线器局域网、与地面数据接收处理平台相连，把实时在线监测数据传输到地面监控中心。在本发明的实施中，地面数据接收处理平台的远程参数设置模块对井下网络多通道采集器各个差分输入通道测量采集信号的采集速度、采集长度、起始通道号、终止通道号、地址编码、数据缓存和数据传输进行设置；数据预处理模块对采集到的实时信号进行预处理、设置所有微震信号收集装置和井下网络多通道采集器的参数，包括小波滤波消噪、希尔伯特—黄变换处理、纵波到时判断分析、震源定位分析和震源类型分析和地址灾害预测判断分析，以及更改预处理算法和实施传输所有数据；信号显示与分析模块对微震信号进行分析计算，定位确定震源发生位置及类型，对可能发生的地质灾害进行预测和预报，并建立原始数据库和信号模式识别数据库。
综上所述，本发明的优点在于：实现了地下矿山井下矿岩的微震动的实时在线监测与分析，预防了井下事故发生，能够对生产中正常回采爆破落矿的波形进行分析和判断整理，优化了回采过程的爆破落矿效果，便于掌握周围设备系统的振动状况。
附图说明
图1为本发明金属矿山井下微震监测系统的结构示意图；
图2为本发明金属矿山井下微震监测系统中微震信号收集装置的结构示意图；
图3为微震信号收集装置中震动感知杆与微震动传感器连接的结构示意图；
图4为图3中A-A的结构剖视图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：
参见图1，本发明的金属矿山井下微震监测系统，包括微震信号收集装置1、井下网络多通道采集器2、传输局域网3、集线器局域网4和地面数据接收处理平台5。
所述井下网络多通道采集器2至少为一台，在本实施例中，所述井下网络多通道采集器2为3台，均设置在井下被监测区段巷道中。所述井下网络多通道采集器2包括16个用于模拟信号采集的差分输入通道，每个差分输入通道分别与一个微震信号收集装置1相连，各个微震信号收集装置1固定分布在不同方向的井下巷道侧壁上。所述井下网络多通道采集器2的输出端依次通过传输局域网3和集线器局域网4与地面数据接收处理平台5相连。
每个井下网络多通道采集器2包括有数值信号缓存体以及多达32个单端或16个差分输入通道用于模拟信号采集，最多可与16个微震信号收集装置1相连，并具有设置数值信号缓存大小、震动速度上下限值和采集记录长度值的功能。所述井下网络多通道采集器2的各个信号通道的有效频宽至少为60～800Hz，每通道采集速度为15.625KHz，采样信号分辨率至少1mm·s-1。
参见图2，每个微震信号收集装置1，包括一个微震动传感器1.3和多根震动感知杆1.2，各根震动感知杆1.2分别通过粘接剂层1.5锚固在井下巷道侧壁不同方向上的井下监测孔1.1内，在本实施例中，所述震动感知杆1.2设置有3～5根。参见图3至图4，其中一个震动感知杆1.2伸出端通过螺纹与微震动传感器1.3可拆卸式连接，所述微震动传感器1.3通过差分输入通道与井下网络多通道采集器2相连，各根震动感知杆1.2伸出井下监测孔1.1之外的一端通过设置在巷道侧壁上的连接杆1.4刚性连接。微震信号收集装置1的电压灵敏度至少120v/(m/s)，有效频宽至少60～800Hz，监测速度幅值±0.1m·s-1。
所述传输局域网3与集线器局域网4均由传导光纤及其配套器件组建而成。
所述地面数据接收处理平台5包括远程参数设置模块5.1、数据预处理模块5.2和信号显示与分析模块5.3。
所述远程参数设置模块5.1用于设置井下网络多通道采集器2各个差分输入通道测量采集信号的采集速度、采集长度、起始通道号、终止通道号、地址编码、数据缓存和数据传输。
所述数据预处理模块5.2用于对采集信号数据进行预处理、设置所有微震信号收集装置1和井下网络多通道采集器2的参数，更改预处理算法和实施传输所有数据，包括小波滤波消噪、希尔伯特—黄变换处理、纵波到时判断分析、震源定位分析和震源类型分析，以及地址灾害预测判断分析。
所述信号显示与分析模块5.3用于对微震信号进行分析计算，定位确定震源发生位置及类型，对可能发生的地质灾害进行预测和预报，并建立原始数据库和信号模式识别数据库。
目前，金属矿山井下开采的阶段高度大多在60m左右，分段高度大约为10～12m左右，根据这一规律，金属矿山井下微震监测系统根据采掘进度以各分段为单元进行系统优化布置。
本发明金属矿山井下微震监测系统中的微震信号收集装置1可以根据井下监测需要，安装于井下巷道侧顶壁任意位置，安装数量按井下网络多通道采集器2的数量以及各井下网络多通道采集器2的搭配关系确定。由于震动感知杆1.2与微震动传感器1.3之间为螺纹连接，所以当需要转移监测目标时，这些微震动传感器1.3可以拆卸转移至新的监测位置。
每个井下网络多通道采集器2可以通过差分输入通道与最多16个微震信号收集装置1相连，所有的井下网络多通道采集器2通过均由传导光纤及其配套器件组建而成的传输局域网3和集线器局域网4、与地面数据接收处理平台5相连，把实时在线监测数据传输到地面监控中心。在本发明的实施中，地面数据接收处理平台5的远程参数设置模块5.1对井下网络多通道采集器2各个差分输入通道测量采集信号的采集速度、采集长度、起始通道号、终止通道号、地址编码、数据缓存和数据传输进行设置；数据预处理模块5.2对采集到的实时信号进行预处理、设置所有微震信号收集装置和井下网络多通道采集器的参数，包括小波滤波消噪、希尔伯特—黄变换处理、纵波到时判断分析、震源定位分析和震源类型分析和地址灾害预测判断分析，以及更改预处理算法和实施传输所有数据；信号显示与分析模块5.3对微震信号进行分析计算，定位确定震源发生位置及类型，对可能发生的地质灾害进行预测和预报，并建立原始数据库和信号模式识别数据库。
综上所述，本发明实现了地下矿井井下围岩的微震动的实时在线监测与分析，预防了井下事故发生，能够对生产中正常回采爆破落矿的波形进行分析和判断整理，优化了回采过程的爆破落矿效果，便于掌握周围设备系统的振动状况。
Claims (8)
1.一种金属矿山井下微震监测系统，包括至少一台设置在井下被监测区段巷道中的井下网络多通道采集器(2)，其特征在于：所述井下网络多通道采集器(2)包括多个用于模拟信号采集的差分输入通道，每个差分输入通道分别与一个微震信号收集装置(1)相连，各个微震信号收集装置(1)固定分布在不同方向的井下巷道侧壁上；所述井下网络多通道采集器(2)的输出端依次通过传输局域网(3)和集线器局域网(4)与地面数据接收处理平台(5)相连；所述微震信号收集装置(1)包括一个微震动传感器(1.3)和多根震动感知杆(1.2)，各根震动感知杆(1.2)分别锚固在井下巷道侧壁不同方向上的井下监测孔(1.1)内，各根震动感知杆(1.2)伸出井下监测孔(1.1)之外的一端通过设置在井下巷道侧壁上的连接杆(1.4)刚性连接；所述微震动传感器(1.3)安装在其中一根震动感知杆(1.2)的伸出端上。
2.根据权利要求1所述的金属矿山井下微震监测系统，其特征在于：所述地面数据接收处理平台(5)包括远程参数设置模块(5.1)、数据预处理模块(5.2)和信号显示与分析模块(5.3)；
所述远程参数设置模块(5.1)用于设置井下网络多通道采集器(2)各个差分输入通道测量采集信号的采集速度、采集长度、起始通道号、终止通道号、地址编码、数据缓存和数据传输；
所述数据预处理模块(5.2)用于对采集信号数据进行预处理、设置所有微震信号收集装置(1)和井下网络多通道采集器(2)的参数，更改预处理算法和实施传输所有数据，包括小波滤波消噪、希尔伯特—黄变换处理、纵波到时判断分析、震源定位分析和震源类型分析，以及地址灾害预测判断分析；
所述信号显示与分析模块(5.3)用于对微震信号进行分析计算，定位确定震源发生位置及类型，对可能发生的地质灾害进行预测和预报，并建立原始数据库和信号模式识别数据库。
3.根据权利要求1或2所述的金属矿山井下微震监测系统，其特征在于：所述井下网络多通道采集器(2)设置有3台，每台井下网络多通道采集器(2)包括16个用于模拟信号采集的差分输入通道，分别与16个微震信号收集装置(1)相连。
4.根据权利要求1或2所述的金属矿山井下微震监测系统，其特征在于：所述传输局域网(3)和集线器局域网(4)均由传导光纤及其配套器件组建而成。
5.根据权利要求3所述的金属矿山井下微震监测系统，其特征在于：所述传输局域网(3)和集线器局域网(4)均由传导光纤及其配套器件组建而成。
6.根据权利要求1或2所述的金属矿山井下微震监测系统，其特征在于：所述微震动传感器(1.3)通过螺纹与震动感知杆(1.2)的伸出端可拆卸式连接。
7.根据权利要求1或2所述的金属矿山井下微震监测系统，其特征在于：所述震动感知杆(1.2)通过粘接剂层(1.5)与井下监测孔(1.1)锚固相连。
8.根据权利要求1或2所述的金属矿山井下微震监测系统，其特征在于：所述震动感知杆(1.2)设置有3～5套。
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