CN104965219A - 煤矿微震监测系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤矿微震监测系统及监测方法，工业以太环网分别与地面交换机和井下交换机连接，地面交换机分别与授时系统、主测控机和参数数据库连接，主测控机与报警系统连接；井下交换机分别与五个信号采集与处理模块连接，每个信号采集与处理模块均用信号线连接五个接线盒，其中一个接线盒通过传感器供电线与具有断电信息传送单元的井下电源连接，井下电源设置于抗震保护盒内，每个所述接线盒上均连接一个震动传感器；煤矿微震实时监测系统及监测方法对煤矿微震的信号可做到智能识别和提取，终端设备可实现远程控制，具有灵活、可靠，监测效果好，投资小的特点。

Description

煤矿微震监测系统及监测方法

技术领域

本发明属于煤矿安全生产监测技术领域，特别涉及一种煤矿微震监测系统。

背景技术

矿震是采矿诱发的矿井地震，是矿井的一大自然灾害，矿震发生时，围岩迅速释放能量，煤岩被瞬间突然破坏，可形成强大的冲击气流，造成冒顶片帮，支架折断，巷道堵塞，地面震动，房屋损坏和人身伤亡等灾害。当岩石材料承受的应力大小开始逐渐超过岩石或材料的承载强度时，由于岩石材料都是非均匀质的，岩行材料都还行弱面和瑕疵，弱面和瑕疵发育的部分首先破坏，同时产生微震信号，随着应力的逐渐增大，这种破坏的数量明显增多，产生的微震信号数量也大幅度增加。这时产生的微震信号是正常情况下产生的微震信号的数千倍。当岩石材料承受的应力大小明显超过岩石或材料的承载强度时，材料开始发生明显破坏，同时产生大能量的微震信号，随着冒落或垮塌事故的发生，大能量的微震信号伴随着冒落或垮塌过程连续发生，直至冒落或垮塌事故结束。

目前国内外都在研究预测和控制矿震的技术，虽然对矿震机理有所了解并具有了一些预防措施，但一直没有得到很好的解决。目前多数研究都是针对矿震的某一个现象进行专门研究。我国矿井大多建于五六十年代，目前这些矿井即将进入深部开采，矿震灾害将变得越来越严重，并且煤矿矿震的发生将出现进一步上升趋势，严重影响了煤矿安全生产。对矿震灾害尤其是煤矿微震的实时监测设备，目前达不到监测数据在传输故障的时候能够自动记录存储和对监测数据实现远程控制并实时发送，达不到灵活、可靠的监测，不能避免事故的发生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤矿微震监测系统，以解决上述问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种煤矿微震监测系统，包括主测控机、授时系统、地面交换机、参数数据库、工业以太环网、井下交换机、信号采集与处理模块、接线盒、震动传感器和井下电源，其特征在于，所述工业以太环网分别与地面交换机和井下交换机连接，所述地面交换机分别与授时系统、主测控机和参数数据库连接，所述主测控机与报警系统连接；所述井下交换机分别与五个信号采集与处理模块连接，每个信号采集与处理模块均用信号线连接五个接线盒，其中一个接线盒通过传感器供电线与具有断电信息传送单元的井下电源连接，所述井下电源设置于抗震保护盒内，每个所述接线盒上均连接一个震动传感器；信号采集与处理模块由下列终端硬件组成：单片机、闪存或非易失性存储器、系统复位与看门狗电路、显示电路、网络接口电路、高精度授时单元电路、监测信号输入电路、FPGA协处理器、程控放大电路、A/D转换电路、高速数据采集缓冲系统；所述单片机分别与闪存或非易失性存储器、系统复位与看门狗电路、显示电路、网络接口电路、授时单元电路、FPGA协处理器双向连接，并向FPGA协处理器输入控制信号，监测信号输入电路向程控放大电路单向输入三项控制信号，程控放大电路单向输入连接A/D转换电路，A/D转换电路单向输入连接数据采集缓冲系统，FPGA协处理器与数据采集缓冲系统双向连接，并向数据采集缓冲系统单向输入控制信号，数据采集缓冲系统单向输入连接单片机并单向输入中断请求信号。

所述震动传感器包括钢筋地梁震动传感器、顶板岩石震动传感器、和矿震震动传感器。

所述钢筋地梁震动传感器设置为两个，其与钢筋地梁固定连接。

所述矿震震动传感器设置为两个，固定于采空区侧壁与底面交界处。

所述主测控机还通过无线网络向预设手机号发送短消息。

一种煤矿微震监测方法，在矿井煤层巷道的地面固定布置好矿震震动传感器和钢筋地梁震动传感器，在顶面固定布置好顶板岩石震动传感器，信号采集与处理模块与井下交换机保持授时和矿震的监测同步进行，通过震动传感器采集信号，经工业以太环网传输到地面上的主测控机，授时单元电路提供数据采集缓冲系统时间的准确和同步，主测控机将接收到的信号进行处理后转化为参数信息，与参数数据库中的预定参数作对比，若不在预定参数的范围内，则主测控机通过报警系统发出警报，并向预定的手机号发送信息。

所述报警系统为声光报警器。

与现有技术相比，本发明实施例的优点在于：煤矿微震实时监测系统及监测方法对煤矿微震的信号可做到智能识别和提取，监测信号高速实时采集、监测数据在传输故障时自动记录存储，并可以远程发送，终端设备可实现远程控制，具有灵活、可靠，监测效果好，投资小的特点，对煤矿的安全生产提供安全可靠的数据，减少煤矿微震带来的损失。

附图说明

图1是煤矿微震实时监测系统结构连接关系图；

图2是煤矿微震实时监测系统的定位终端硬件组成框图。

图1和图2中，1、主测控机；2、授时系统；3、信号采集与处理模块；4、地面交换机；5、接线盒；6、钢筋地梁震动传感器；7、井下电源；8、顶板岩石震动传感器；9、矿震震动传感器；10、参数数据库；11、工业以太环网；12、单片机；13、闪存或非易失性存储器；14、系统复位与看门狗电路；15、显示电路；16、网络接口电路；17、授时单元电路；18、监测信号输入电路；19、协处理器；20、程控放大电路；21-A/D转换电路；22-数据采集缓冲系统；23、井下交换机；24、报警系统。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

参见图1和图2，一种煤矿微震监测系统，包括主测控机1、授时系统2、地面交换机4、参数数据库10、工业以太环网11、井下交换机23、信号采集与处理模块3、接线盒5、震动传感器和井下电源7工业以太环网11分别与地面交换机4和井下交换机23连接，地面交换机4分别与授时系统2、主测控机1和参数数据库10连接，主测控机1与报警器系统连接并向预定的手机号发送信息；井下交换机23分别与五个信号采集与处理模块3连接，每个信号采集与处理模块通过信号线连接一个接线盒5，其中一个接线盒5通过传感器供电线与具有断电信息传送单元的井下电源7连接，井下电源7设置于抗震保护盒内，能够防止井下电源在矿震发生时被毁坏，当井下电源7不能不能为接线盒5供电时，会触发断电信息传送单元向地面发送信号；每个接线盒5上均连接一个震动传感器；信号采集与处理模块3由下列终端硬件组成：单片机12、闪存或非易失性存储器13、系统复位与看门狗电路14、显示电路15、网络接口电路16、授时单元电路17、监测信号输入电路18、协处理器19、程控放大电路20、A/D转换电路21、数据采集缓冲系统22；单片机12分别与闪存或非易失性存储器13、系统复位与看门狗电路14、显示电路15、网络接口电路16、授时单元电路17、协处理器19双向连接，并向协处理器19输入控制信号，监测信号输入电路18向程控放大电路20单向输入三项控制信号，程控放大电路20单向输入连接A/D转换电路21，A/D转换电路21单向输入连接数据采集缓冲系统22，协处理器19与数据采集缓冲系统22双向连接，并向数据采集缓冲系统22单向输入控制信号，数据采集缓冲系统22单向输入连接单片机12并单向输入中断请求信号。

为了能够实现更加精确的测量，避免误差的发生，震动传感器包括钢筋地梁震动传感器6、顶板岩石震动传感器8和矿震震动传感器9。

钢筋地梁震动传感器设置为两个，其与钢筋地梁固定连接，能够达到更精确的测量效果。

矿震震动传感器设置为两个，固定于采空区侧壁与底面交界处，能够避免测量误差的发生。

为了能够多渠道向往传递信息，及时得知矿井内的情况，主测控机还通过无线网络向预设手机号发送短消息。

一种煤矿微震监测方法，在矿井煤层巷道的地面固定布置好矿震震动传感器和钢筋地梁震动传感器，在顶面固定布置好顶板岩石震动传感器，信号采集与处理模块与井下交换机保持授时和矿震的监测同步进行，通过震动传感器采集信号，经工业以太环网传输到地面上的主测控机，授时单元电路提供数据采集缓冲系统时间的准确和同步，主测控机将接收到的信号进行处理后转化为参数信息，与参数数据库中的预定参数作对比，若不在预定参数的范围内，则主测控机通过声光报警系统发出警报，同时将信息传递出去，报警系统为声光报警器，信息传递效率高。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种煤矿微震监测系统，包括主测控机、授时系统、地面交换机、参数数据库、工业以太环网、井下交换机、信号采集与处理模块、接线盒、震动传感器和井下电源，其特征在于，所述工业以太环网分别与地面交换机和井下交换机连接，所述地面交换机分别与授时系统、主测控机和参数数据库连接，所述主测控机与报警系统连接；所述井下交换机分别与五个信号采集与处理模块连接，每个信号采集与处理模块均用信号线连接五个接线盒，其中一个接线盒通过传感器供电线与具有断电信息传送单元的井下电源连接，所述井下电源设置于抗震保护盒内，每个所述接线盒上均连接一个震动传感器；信号采集与处理模块由下列终端硬件组成：单片机、闪存或非易失性存储器、系统复位与看门狗电路、显示电路、网络接口电路、高精度授时单元电路、监测信号输入电路、FPGA协处理器、程控放大电路、A/D转换电路、高速数据采集缓冲系统；所述单片机分别与闪存或非易失性存储器、系统复位与看门狗电路、显示电路、网络接口电路、授时单元电路、FPGA协处理器双向连接，并向FPGA协处理器输入控制信号，监测信号输入电路向程控放大电路单向输入三项控制信号，程控放大电路单向输入连接A/D转换电路，A/D转换电路单向输入连接数据采集缓冲系统，FPGA协处理器与数据采集缓冲系统双向连接，并向数据采集缓冲系统单向输入控制信号，数据采集缓冲系统单向输入连接单片机并单向输入中断请求信号。

2.根据权利要求1所述的煤矿微震监测系统，其特征在于，所述震动传感器包括钢筋地梁震动传感器、顶板岩石震动传感器、和矿震震动传感器。

3.根据权利要求2所述的煤矿微震监测系统，其特征在于，所述钢筋地梁震动传感器设置为两个，其与钢筋地梁固定连接。

4.根据权利要求2所述的煤矿微震监测系统，其特征在于，所述矿震震动传感器设置为两个，固定于采空区侧壁与底面交界处。

5.根据权利要求1所述的煤矿微震监测系统，其特征在于，所述主测控机还通过无线网络向预设手机号发送短消息。

6.一种根据权利要求1所述的煤矿微震监测系统的煤矿微震监测方法，其特征在于，在矿井煤层巷道的地面固定布置好矿震震动传感器和钢筋地梁震动传感器，在顶面固定布置好顶板岩石震动传感器，信号采集与处理模块与井下交换机保持授时和矿震的监测同步进行，通过震动传感器采集信号，经工业以太环网传输到地面上的主测控机，授时单元电路提供数据采集缓冲系统时间的准确和同步，主测控机将接收到的信号进行处理后转化为参数信息，与参数数据库中的预定参数作对比，若不在预定参数的范围内，则主测控机通过报警系统发出警报，并向预定的手机号发送信息。

7.根据权利要求6所述的煤矿微震监测方法，其特征在于，所述报警系统为声光报警器。