CN108169797B - 一种移动式电磁辐射定位探测及预警矿山动力灾害的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种移动式电磁辐射定位探测及预警矿山动力灾害的方法，该方法使用的装置包括电磁信号采集装置、信号传输装置及终端预警装置3个部分，电磁信号采集装置集成了信号采集和定位模块，工人随身携带该装置，既实时采集所在位置电磁信号，同时识别位置信息；相关电磁信号及定位信息无线、实时传入可实现高精度定位与无线接入能力的多功能受限空间通信系统，由系统将相关信息转光纤传输最终抵达终端综合分析预警平台，终端平台根据电磁信号及位置信息计算得出矿井（采区）电磁辐射分布云图及各测点的时序变化曲线，通过云图判识危险区域，并通过时序变化曲线进行实时预警。

Description

一种移动式电磁辐射定位探测及预警矿山动力灾害的方法
技术领域
本发明涉及一种移动式电磁辐射定位探测及预警煤岩动力灾害的方法，属于煤岩动力灾害监测预警领域。
背景技术
我国煤矿开采条件复杂，煤岩动力灾害是煤矿主要灾害之一。随着采深不断加大，煤岩动力灾害频次、强度和破坏程度均呈上升趋势，发生次数和伤亡人数也呈相对上升的趋势。对煤岩动力灾害的监测预警主要包括静态指标法和地球物理方法两大类。静态指标法获得的信息量有限且准确性低，地球物理方法则能够实现实时、动态、连续的监测。
岩石变形破裂产生电磁辐射是较为常见的物理现象。电磁辐射法作为一种非常有前景的地球物理方法，近年来在煤岩破坏电磁辐射的产生机理、信号特征、预测煤岩动力灾害应用现状、影响因素、信号监测及其数据处理系统等方面取得了较为可观的成果。目前电磁辐射预警装备主要有便携式和在线式两种，便携式不能实现数据的实时分析和上传，在线式由于测点有限，位置相对固定（主要布置在重点区域），且依赖于有线传输数据，也具有一定的局限性。
多功能受限空间通信系统是指一种高带宽无线接入技术，是借助物联网与通讯技术在封闭特殊环境中支持高精度定位和无线接入能力的全新无线数字通信系统，具有定位精度高、传输能力强、智能维护等特点，现在已在矿山定位领域得到应用。本发明基于多功能受限空间通信系统无线高速传输及高精度定位的优点，将电磁辐射监测技术及方法同该通信技术融合，实现移动测点定位及电磁辐射信号采集，掌握全矿井（采区）的电磁辐射分布特征及其随时间的演化规律，对实现煤岩动力灾害准确监测预警，以及煤岩动力灾害防治具有重大意义。此外，该方法也适用于非煤矿山的爆灾害防治，能够有效改善矿山生产安全状况。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种移动式电磁辐射定位探测及预警矿山动力灾害的方法，其采用的装置包括电磁信号采集装置、信号传输装置以及终端预警装置3部分，其特征在于，其包括以下步骤：
（1）在矿井巷道敷设多功能受限空间通信系统，实现矿井的采区的无线信号全覆盖；
（2）工人携带便携式的电磁信号采集装置，实时感知所处区域的电磁辐射信号；
（3）电磁信号采集装置将提取的电磁信号特征参数，并将该装置的定位识别信息通过信号传输装置以无线形式向空间发出；
（4）设置在多功能受限空间通信系统线缆中的微型信号接收器接收到电磁信号及定位识别信息后光纤传输至地面终端；
（5）地面终端对接收到的电磁辐射信号和定位识别信息利用终端预警处理装置进行终端处理以获取所测电磁辐射的特征参数及其位置信息，并根据预警算法进行煤岩动力灾害预警。
进一步，作为优选，步骤（1）中采用的多功能受限空间通信系统利用多功能受限空间通信技术，以便用于煤岩电磁信号及定位识别信息的同步传输。
进一步，作为优选，步骤（2）中所采用的便携式电磁信号采集装置内置有电磁辐射信号采集模块、定位模块以及无发射模块。
进一步，作为优选，步骤（5）进行终端处理时，通过井下若干个点的电磁辐射信息及位置信息绘制井下电磁辐射空间分布云图，通过云图判识危险区域，并通过时序变化曲线进行实时预警。
进一步，作为优选，用于井下电磁辐射空间分布云图的位置信息是基于矿井布置图的三维坐标体系来实现的。
进一步，作为优选，所述的电磁信号特征参数包括电磁辐射幅值、振铃数、主频及其变化信息。
进一步，作为优选，电磁辐射信号接收模块将电磁信号转化为数字信号，并交由前端处理模块处理；前端处理模块对采集到的电磁辐射信号进行统计分析，经过必要的去噪滤波之后，统计得出电磁辐射参数，参数包括幅值、振铃数、主频；定位模块内嵌在电磁辐射采集装置中，并与电磁辐射采集装置的定位识别信息匹配；信号无线发射接收模块将带有定位识别信息的电磁辐射参数或波形向外无线发射
进一步，作为优选，所述终端预警装置具有数据分析处理、存储查询和显示预警的功能。
进一步，作为优选，绘制井下电磁辐射空间分布云图时的时间间隔为5s。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明基于多功能受限空间通信系统无线高速传输及高精度定位的优点，将电磁辐射监测技术及方法同该通信技术融合，实现移动测点定位及电磁辐射信号采集，掌握全矿井（采区）的电磁辐射分布特征及其随时间的演化规律，对实现煤岩动力灾害准确监测预警，以及煤岩动力灾害防治具有重大意义。此外，该方法也适用于非煤矿山的爆灾害防治，能够有效改善矿山生产安全状况。
附图说明
图1为本发明中所述的系统布置示意简图。
图2为本发明中所述的系统原理图。
具体实施方式
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、完整地描述，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。基于本发明中的实施例，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。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种移动式电磁辐射定位探测及预警矿山动力灾害的方法，其使用的装置主要包括电磁信号采集装置、信号传输装置及终端预警装置三部分。下面对各个装置进行介绍：
1、电磁信号采集装：工人随身佩带便携式电磁信号采集装置，在巷道中行走时实时采集并上传其所在位置的电磁辐射信号参数或波形数据以及定位识别信息，便携式电磁辐射信号采集装置内置有电磁辐射信号接收模块、前端处理模块、定位模块和信号无线发射接收模块。
（1）电磁辐射信号接收模块将电磁信号转化为数字信号，并交由前端处理模块处理。
（2）前端处理模块对采集到的电磁辐射信号进行统计分析，经过必要的去噪滤波之后，统计得出电磁辐射参数，参数包括幅值、振铃数、主频。
（3）定位模块内嵌在电磁辐射采集装置中，并与电磁辐射采集装置的定位识别信息匹配。
（4）信号无线发射接收模块将带有定位识别信息的电磁辐射参数或波形向外无线发射。
2、信号传输装置：
（1）电磁辐射采集装置无线发射电磁辐射参数以及定位识别信息，内嵌在多功能受限空间通信线缆中的微型信号收发器无线接收该信号。
（2）微型信号收发器无线接收电磁辐射数字信号后，通过井下交换机转为光纤传输至井上终端平台。
3、终端预警装置：终端可实现数据分析处理，存储查询，显示预警的功能。
（1）数据分析处理。基于矿井布置图的三维坐标体系，通过井下若干个点的电磁辐射参数及位置信息绘制井下电磁辐射空间分布云图，绘制井下电磁辐射空间分布云图的时间间隔为5s。一段时间后，对于电磁辐射参数的时序变化趋势进行统计。
（2）结果呈现。矿井（采区）电磁辐射分布云图间隔5s刷新一次，该云图与矿井布置图融为一体，可直观看出异常区域位置；任意选择云图上的点或区域，可以得出该点或区域的电磁辐射时序变化。
（3）显示预警。根据电磁辐射空间分布云图，识别矿井（采区）危险区域及其演化特征，通过云图比对，标示变化区域；监测危险区域电磁辐射参数的时序变化，综合评估得出预警级别、危险位置信息。
（4）存储查询。该终端存储历史电磁辐射数据、电磁辐射空间分布云图数据、预警信息。查询结果可以以图片，视频，曲线形式呈现并导出。
在本实施例中，本发明的具体方法包括以下步骤：
（1）在矿井巷道敷设多功能受限空间通信系统，实现矿井（采区）该通信系统的无线信号全覆盖；
（2）在系统中录入便携式电磁感应装置及其携带人的信息，生成与系统匹配的定位识别信息；
（3）工人携带便携式电磁感应装置，感知所处区域的电磁辐射信号及实时位置精确位置信息；
（4）电磁信号采集装置将提取的电磁信号特征参数，以及装置的定位识别信息以无线形式向空间发出；
（5）设置在多功能受限空间通信系统线缆中的微型信号接收器接收到电磁信号及定位识别信息后光纤传输至地面终端；
（6）地面终端对接收到的电磁辐射信号和定位识别信息进行终端处理以获取所测电磁辐射的特征参数及其位置信息，并根据预警算法进行煤岩动力灾害预警。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种移动式电磁辐射定位探测及预警矿山动力灾害的方法，其采用的装置包括电磁信号采集装置、信号传输装置以及终端预警装置3部分，其特征在于，其包括以下步骤：
（1）在矿井巷道敷设多功能受限空间通信系统，实现矿井的采区的无线信号全覆盖；
（2）工人携带便携式的电磁信号采集装置，实时感知所处区域的电磁辐射信号；
（3）电磁信号采集装置将提取的电磁信号特征参数，并将该装置的定位识别信息通过信号传输装置以无线形式向空间发出；
（4）设置在多功能受限空间通信系统线缆中的微型信号接收器接收到电磁信号及定位识别信息后光纤传输至地面终端；
（5）地面终端对接收到的电磁辐射信号和定位识别信息利用终端预警处理装置进行终端处理以获取所测电磁辐射的特征参数及其位置信息，并根据预警算法进行煤岩动力灾害预警；
步骤（1）中采用的多功能受限空间通信系统利用多功能受限空间通信技术，以便用于煤岩电磁信号及定位识别信息的同步传输；
步骤（2）中所采用的便携式电磁信号采集装置内置有电磁辐射信号接收模块，前端处理模块，定位模块和信号无线发射接收模块；
步骤（5）进行终端处理时，通过井下若干个点的电磁辐射信息及位置信息绘制井下电磁辐射空间分布云图，通过云图判识危险区域，并通过时序变化曲线进行实时预警；
用于井下电磁辐射空间分布云图的位置信息是基于矿井布置图的三维坐标体系来实现的；
所述的电磁信号特征参数包括电磁辐射幅值、振铃数、主频及其变化信息；
电磁辐射信号接收模块将电磁信号转化为数字信号，并交由前端处理模块处理；前端处理模块对采集到的电磁辐射信号进行统计分析，经过必要的去噪滤波之后，统计得出电磁辐射参数，参数包括幅值、振铃数、主频及其变化信息；定位模块内嵌在电磁辐射采集装置中，并与电磁辐射采集装置的定位识别信息匹配；信号无线发射接收模块将带有定位识别信息的电磁辐射参数或波形向外无线发射。
2.根据权利要求1所述的一种基于移动测点定位的电磁辐射监测预警矿山动力灾害的方法，其特征在于，所述终端预警装置具有数据分析处理、存储查询和显示预警的功能。
3.根据权利要求2所述的一种基于移动测点定位的电磁辐射监测预警矿山动力灾害的方法，其特征在于，绘制井下电磁辐射空间分布云图时的时间间隔为5s。
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