CN104459762B - 一种矿震预测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种矿震预测装置，包括监测装置，所述数据监测装置包括监测并发送地表倾角数据的倾角监测单元、监测并发送地表位移数据的位移监测单元；信号处理终端，信号处理终端预存地表倾角数据、地表位移数据与地表沉降状态的第一函数关系以及地表沉降状态与发生矿震可能性的第二函数关系，接收倾角监测单元的地表倾角数据和位移监测单元的地表位移数据，通过所述第一函数关系和所述第二函数关系判断是否发生矿震。本发明还提供了一种矿震预测方法，利用上述矿震预测装置进行矿震预测。

Description

一种矿震预测装置及方法

技术领域

本发明涉及矿震预测技术领域，更具体地说，涉及一种矿震预测装置及方法。

背景技术

随着矿产开采的深度不断增加，开采条件不断复杂，在开采过程中，矿震灾害日趋频繁，并造成严重的人员伤亡及设备损毁。

矿震是指采矿诱发地震的简称。引起矿震的的主要原因有两种，一种是由于开采直接引起崩塌。冒落、瓦斯突出；另一是由于开采卸载间诱发地震，即在一定构造环境下，由于应力集中引起的岩石破裂和应变能释放。矿震问题已经不容忽视，由矿震造成的人员伤亡和经济损失都比较大，因此对矿震灾害进行预测及预防成为矿山安全问题的重中之重。

现有的预测方法主要是通过应力监测、位移监测、微震监测等手段实现，以上预测方法施工工艺复杂、成本高，在实际操作中不易于实现。

因此，如何高效率低成本的预测矿震，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种矿震预测装置及方法，以实现高效率低成本的预测矿震。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种矿震预测装置，数据监测装置，所述数据监测装置包括监测并发送地表倾角数据的倾角监测单元、监测并发送地表位移数据的位移监测单元；

信号处理终端，所述信号处理终端预存所述地表倾角数据、所述地表位移数据与地表沉降状态的第一函数关系以及所述地表沉降状态与发生矿震可能性的第二函数关系，接收所述倾角监测单元的地表倾角数据和所述位移监测单元的地表位移数据，通过所述第一函数关系和所述第二函数关系判断是否发生矿震。

优选的，在上述矿震预测装置中，所述数据监测装置包括地表沉降监测仪和基准点信号站，所述倾角监测单元包括设置在所述地表沉降监测仪中的监测地表倾角数据的角度监测单元、发送所述地表倾角数据的信号处理单元和设置在所述基准点信号站中的接收所述地表倾角数据的信号总控单元。

优选的，在上述矿震预测装置中，所述位移监测单元包括设置在所述地表沉降监测仪中的发射光位移数据的光发射单元，和设置在所述基准点信号站中接收所述光位移数据并将其转化成地表位移数据的光测量单元。

优选的，在上述矿震预测装置中，所述基准点信号站包括向所述信号处理终端发送所述地表倾角数据和所述地表位移数据的传输单元。

优选的，在上述矿震预测装置中，所述信号总控单元还包括向所述信号处理单元发送检测指令的控制模块，所述信号处理单元还包括接收所述检测指令的反馈模块。

一种矿震预测方法，包括步骤：

1)构建地表倾角数据、地表位移数据与地表沉降状态的第一函数关系，以及地表沉降状态与发生矿震可能性的第二函数关系；

2)监测当前地表倾角数据和当前地表位移数据，并根据上述第一函数关系得到地表沉降状态数据；

3)根据上述第二函数关系判断所述地表沉降状态数据是否达到预定的警戒值；在达到所述警戒值时得出即将发生矿震的结论。

优选的，在上述矿震预测方法中，所述步骤2)中对当前地表倾角数据和当前地表位移数据的检测是在收到检测指令后执行的。

优选的，在上述矿震预测方法中，所述第二函数关系包括对应开采工作过程的初次来压地表沉降关系函数和周期来压地表沉降关系函数；所述步骤3)中还判断当前开采工作状态以选择与当前开采工作过程对应的函数。

优选的，在上述矿震预测方法中，所述步骤2)监测距离开切眼18至22米的工作面中心位置的所述地表倾角数据和所述地表位移数据。

优选的，在上述矿震预测方法中，在采煤工作走向上以40米为间隔在多个地点对所述地表倾角数据和所述地表位移数据进行监测。

本发明提供的矿震预测装置及方法，首先构建地表倾角数据、地表位移数据与地表沉降状态的第一函数关系，以及地表沉降状态与发生矿震可能性的第二函数关系，用以判断后续获得的地表沉降状态数据是否达到矿震预定的警戒值。通过数据监测装置，监测并发送地表倾角数据和地表位移数据，信号处理终端收到地表倾角数据和地表位移数据后根据第一函数关系得到地表沉降状态数据，然后通过第二函数关系判断获得的地表沉降状态数据是否达到预定的警戒值，在达到警戒值时得到即将发生矿震的结论，进而预测矿震。整个预测过程简单便捷，工人劳动强度低，能够高效率低成本的预测矿震。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为地表沉降检测仪的结构示意图；

图2为基准点信号站的结构示意图；

图3为地表沉降检测仪和基准点信号站布置剖面结构示意图；

图4为图3的俯视结构图示意图；

图5为本发明提供的矿震预测方法的流程图；

上图中：

1为角度监测单元、2为光发射单元、3为信号处理单元、4为光测量单元、5为信号总控单元、6为传输单元、7为地表、8为煤层、9为地表沉降检测仪、10为基准点信号站、11为密封圈、12为第一电池单元、13为第二电池单元、21为光发射孔、22为倾角调节器、31为信号天线、41为测光面板、42为信号线、81为开切眼。

具体实施方式

本发明公开了一种矿震预测装置和方法，能够高效率低成本的预测矿震。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图4所示，图1为地表沉降检测仪的结构示意图；图2为基准点信号站的结构示意图；图3为地表沉降检测仪和基准点信号站布置剖面结构示意图；图4为图3的俯视结构图示意图。

本发明提供一种矿震预测装置，包括数据监测装置，数据监测装置包括监测并发送地表倾角数据的倾角监测单元、监测并发送地表位移数据的位移监测单元；信号处理终端，信号处理终端预存地表倾角数据、地表位移数据与地表沉降状态的第一函数关系以及地表沉降状态与发生矿震可能性的第二函数关系，接收倾角监测单元的地表倾角数据和位移监测单元的地表位移数据，通过第一函数关系和第二函数关系判断是否发生矿震。首先通过信号处理终端构建地表倾角数据、地表位移数据与地表沉降状态的第一函数关系，以及地表沉降状态与发生矿震可能性的第二函数关系，用以判断后续获得的地表沉降状态数据是否达到矿震预定的警戒值。通过数据监测装置，监测并发送地表倾角数据和地表位移数据，信号处理终端收到地表倾角数据和地表位移数据后根据第一函数关系得到地表沉降状态数据，然后通过第二函数关系判断获得的地表沉降状态数据是否达到预定的警戒值，在达到警戒值时得到即将发生矿震的结论，进而预测矿震。整个预测过程简单便捷，工人劳动强度低，能够高效率低成本的预测矿震。

本发明一具体实施例中，数据监测装置包括地表沉降监测仪9和基准点信号站10。地表沉降监测仪9包括监测地表倾角数据的角度监测单元1、发射光位移数据的光发射单元2、发送地表倾角数据的信号处理单元3；基准点信号站10包括接收所光位移数据并将其转换成地表位移数据的光测量单元4、接收地表倾角数据的信号总控单元5、发送地表倾角数据和地表位移数据的传输单元6。具体的，数据监测装置包括地表沉降监测仪9和基准点信号站10，地表沉降监测仪的角度监测单元1监测地表倾角数据，信号处理单元3发送地表倾角数据，光发射单元2发射光位移数据；基准点信号站10的光测量单元4接收光位移数据并将接收到的光位移数据转换成地表位移数据，地表位移数据与信号总控单元5接收到的地表倾角数据一起，通过传输单元6发送至信号处理终端，信号处理终端再进行后续预测。如此设置的数据监测装置，更加利于施工，操作更加便捷。

具体的，地表沉降监测仪9安装于地表7，安装位置可以以开切眼后20米的工作面中心位置开始，在采煤工作走向上每间隔40米安设一台。基准点信号站10安装于工作面外侧100米处与地表沉降检测仪9间无障碍阻挡信号的位置。基准点信号站10安装于此位置，能够接收到地表沉降检测仪9反馈的角度数据和发射的光位移数据，并且能够降低与采煤工作之间的干扰，使测量结果更加准确，预测更加准确。

本发明一具体实施例中，信号总控单元5还包括向信号处理单元3发送检测指令的控制模块，信号处理单元3还包括接收所述检测指令的反馈模块。通过信号总控单元5控制信号处理单元3，发送检测指令后再反馈角度数据和光位移数据，更加便于操作。

本发明一具体实施例中，光发射单元2连接有调节光位移数据发射角度的倾角调节器22。具体的，光发射单元通过光发射孔21发射光位移数据，光发射单元2上还可以设有倾角调节器22，调节光发射孔21的角度，更加利于将光位移数据发送至光测量单元4。

另外，具体的，由于地表7处环境原因，在地表沉降检测仪9和基准点信号站10的信号天线31伸出的出口处或其他需要密封的地方，设有防止灰尘等杂质进入设备的密封圈11。在地表沉降检测仪9内设有为角度监测单元1、光发射单元2和信号处理单元3供电的第一电池单元12，基准点信号站10内设有为光测量单元4、信号总控单元5和传输单元6供电的第二电池单元。基准点信号站10的光测量单元4具有可以通过测光面板41接收光位移数据，测光面板接收到光位移数据后通过信号线42传送至光测量单元4。

本发明提供一种矿震预测方法，包括以下步骤：

1)构建地表倾角数据、地表位移数据与地表沉降状态的第一函数关系，以及地表沉降状态与发生矿震可能性的第二函数关系。

具体的，通过向信号处理终端输入一些参数，包括采煤工作面的参数以及关键层结构的参数，采煤工作面的参数包括采煤工作面的高度、倾角、面长、日累计推进进度及工作面至地表覆岩结构的各岩层倾角、厚度和容重等；关键层结构的参数包括弹性模量、抗拉强度、抗压强度、抗剪强度、内摩擦角等，输入完上述参数后，信号处理终端会自动构建第一函数关系和第二函数关系。

2)监测当前地表倾角数据和当前地表位移数据，并根据第一函数关系得到地表沉降状态数据。

通过数据监测装置监测并发送工作位置的地表倾角数据和地表位移数据，信号处理终端接收到地表倾角数据和地表位移数据后通过第一函数关系得到地表沉降状态数据。

3)根据第二函数关系判断地表沉降状态数据是否达到预定的警戒值；在达到警戒值时得出即将发生矿震的结论。

信号处理终端根据第二函数关系判断地表沉降状态数据是否达到预定的警戒值，在达到警戒值时得出即将发生矿震的结论。

在本发明一具体实施例中，步骤2)中对当前地表倾角数据和当前地表位移数据的检测是在收到检测指令后执行的。具体的，对地表倾角数据和地表位移数据的监测是在接收到检测指令后进行的，更加利于对监测过程的控制。

在本发明一具体实施例中，第二函数关系包括对应开采工作过程的初次来压地表沉降关系函数和周期来压地表沉降关系函数；步骤3)中还判断当前开采工作状态以选择与当前开采工作过程对应的函数。开采工作包括初次来压过程和周期来压过程，周期来压过程位于初次来压过程之后，对应不同开采工作过程，地表7和关键层的变化情况不同。信号处理终端创建与之对应的不同的函数，分别为初次来压地表沉降关系函数和周期来压地表沉降关系函数。当处于初次来压过程时，信号处理终端根据初次来压地表沉降关系函数判断地表沉降状态数据是否达到预定的警戒值，进而预测矿震；当处于周期来压过程时，信号处理终端根据周期来压地表沉降关系函数判断地表沉降状态数据是否达到预定的警戒值，进而预测矿震，选择与不同工作过程对应的函数进行预测，预测过程更加准确。

在本发明一具体实施例中，步骤2)监测距离开切眼18至22米的工作面中心位置的地表倾角数据和地表位移数据。具体的，可以将地表沉降监测仪9安装于地表7的上述位置上，对此处的地表倾角数据和地表位移数据进行监测，使得监测结果更加准确。

在本发明一具体实施例中，在采煤工作走向上以40米为间隔在多个地点对地表倾角数据和地表位移数据进行监测。在采煤工作走向上以40米为间隔在多个地点放置地表沉降监测仪9，对地表倾角数据和地表位移数据进行监测，能更加全面的对工作面的数据进行监测，预测的结果更加准确。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种矿震预测装置，其特征在于，包括：

数据监测装置，所述数据监测装置包括监测并发送地表倾角数据的倾角监测单元、监测并发送地表位移数据的位移监测单元；

信号处理终端，所述信号处理终端预存所述地表倾角数据、所述地表位移数据与地表沉降状态的第一函数关系以及所述地表沉降状态与发生矿震可能性的第二函数关系，接收所述倾角监测单元的地表倾角数据和所述位移监测单元的地表位移数据，通过所述第一函数关系得到所述地表沉降状态数据，并通过所述第二函数关系判断获得的所述地表沉降状态数据是否达到预定的警戒值以判断是否发生矿震。

2.根据权利要求1所述的矿震预测装置，其特征在于，所述数据监测装置包括地表沉降监测仪(9)和基准点信号站(10)，所述倾角监测单元包括设置在所述地表沉降监测仪(9)中的监测地表倾角数据的角度监测单元(1)、发送所述地表倾角数据的信号处理单元(3)和设置在所述基准点信号站(10)中的接收所述地表倾角数据的信号总控单元(5)。

3.根据权利要求2所述的矿震预测装置，其特征在于，所述位移监测单元包括设置在所述地表沉降监测仪(9)中的发射光位移数据的光发射单元(2)，和设置在所述基准点信号站(10)中接收所述光位移数据并将其转化成地表位移数据的光测量单元(4)。

4.根据权利要求3所述的矿震预测装置，其特征在于，所述基准点信号站(10)包括向所述信号处理终端发送所述地表倾角数据和所述地表位移数据的传输单元(6)。

5.根据权利要求3所述的矿震预测装置，其特征在于，所述信号总控单元(5)还包括向所述信号处理单元(3)发送检测指令的控制模块，所述信号处理单元(3)还包括接收所述检测指令的反馈模块。

6.一种矿震预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)构建地表倾角数据、地表位移数据与地表沉降状态的第一函数关系，以及地表沉降状态与发生矿震可能性的第二函数关系；

2)监测当前地表倾角数据和当前地表位移数据，并根据上述第一函数关系得到地表沉降状态数据；

3)根据上述第二函数关系判断所述地表沉降状态数据是否达到预定的警戒值；在达到所述警戒值时得出即将发生矿震的结论。

7.根据权利要求6所述的矿震预测方法，其特征在于，所述步骤2)中对当前地表倾角数据和当前地表位移数据的监测是在收到检测指令后执行的。

8.根据权利要求6所述的矿震预测方法，其特征在于，所述第二函数关系包括对应开采工作过程的初次来压地表沉降关系函数和周期来压地表沉降关系函数；所述步骤3)中还判断当前开采工作状态以选择与当前开采工作过程对应的函数。

9.根据权利要求6所述的矿震预测方法，其特征在于，所述步骤2)监测距离开切眼18至22米的工作面中心位置的所述地表倾角数据和所述地表位移数据。

10.根据权利要求9所述的矿震预测方法，其特征在于，在采煤工作走向上以38至42米为间隔在多个地点对所述地表倾角数据和所述地表位移数据进行监测。