CN110454229A - 一种矿用微震监测系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种矿用微震监测系统，包括：地面计算机、环网交换机、监测分站、振动传感器、次声波传感器以及温度传感器；其中，环网交换机分别与地面计算机以及监测分站连接，监测分站分别与振动传感器、次声波传感器以及温度传感器连接，监测分站用于采集振动传感器、次声波传感器以及温度传感器的监测数据，并通过环网交换机上传到地面计算机中。本申请利用煤岩层的振动信号、温度场以及次声波反应对冲击地压进行预测，综合多参量微震监测预警技术，改变了依靠单一种类传感器进行监测的局限性，有助于预测性的监测矿震的发生，为煤炭开采的安全评估提供了依据。

Description

一种矿用微震监测系统

技术领域

本申请涉及煤矿安全技术领域，尤其是涉及到一种矿用微震监测系统。

背景技术

冲击地压，是一种岩体中聚积的弹性变形势能在一定条件下突然猛烈释放，导致煤岩爆裂并弹射出来的现象。冲击地压常导致顶板事故，破坏井巷，并造成人员伤亡，毁坏设备，污染作业环境，严重影响煤矿生产与人员的生命。目前，随着我国煤矿开采深度的不断增加，冲击地压灾害呈现越来越严重的发展态势，给煤矿安全生产和广大煤矿职工的生命安全造成了极大的威胁。随着矿山数字化，信息化的发展，微震监测技术在冲击地压突出的矿山应用非常广泛，成为监测微震发生的一项重要技术。

微震监测技术主要是通过振动传感器采集煤岩体破裂过程中释放的振动信号，经过对数据的拾取、传输、计算后进行定位与能量计算，确定振动源的位置与能量等级，近年来，国内外监测矿井冲击地压的仪器层出不穷，但普遍都具有定位精度较低、同步信号捕捉能力差，监测的传感器单一以及没有对强冲击地压具有提前预测功能，整个系统只能在矿震发生时起监测作用。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种矿用微震监测系统，综合多参量微震监测预警技术，改变了依靠单一种类传感器进行监测的局限性，为矿震监测开辟了一个新的方向。

根据本申请的一个方面，提供了一种矿用微震监测系统，包括：

地面计算机、环网交换机、监测分站、振动传感器、次声波传感器以及温度传感器；

其中，所述环网交换机分别与所述地面计算机以及所述监测分站连接，所述监测分站分别与所述振动传感器、所述次声波传感器以及所述温度传感器连接，所述监测分站用于采集所述振动传感器、所述次声波传感器以及所述温度传感器的监测数据，并通过所述环网交换机上传到所述地面计算机中。

具体地，所述地面计算机包括数据处理模块、数据拾取模块以及数据分析模块，其中，所述数据处理模块用于接收由所述环网交换机传输的所述监测数据，并对所述监测数据进行滤波处理，所述数据拾取模块用于筛选滤波后的所述监测数据，所述数据分析模块用于基于筛选后的所述监测数据分析矿震位置以及矿震能量。

具体地，所述监测分站包括授时模块，所述授时模块用于对所述监测数据授时。

具体地，所述监测分站包括至少一个，每个所述监测分站对应于至少一个所述振动传感器、至少一个所述次声波传感器以及至少一个所述温度传感器。

具体地，所述监测分站包括本安型监测分站，所述本安型监测分站包括光纤口转换模块和/或以太口转换模块。

具体地，所述振动传感器包括磁电式无源振动传感器，所述磁电式无源振动传感器与所述监测分站通过带屏蔽层的双绞线连接。

具体地，所述次声波传感器包括电容式次声波传感器，所述电容式次声波传感器与所述监测分站通过带屏蔽层的双绞线连接。

具体地，所述温度传感器包括铂电阻传感器，所述铂电阻传感器与所述监测分站通过含温补功能的三线制导线连接，所述导线外层包裹有空心铁管。

借由上述技术方案，本申请提供的一种矿用微震监测系统，通过综合监测了围岩的振动信号、温度场和围岩次生波信号，系统为煤炭开采的安全评估提供了依据。与现有技术中单纯依靠振动信号分析振动源的位置与能量等级进行煤矿开采冲击地压产生的倾向性评价相比，本申请还利用煤岩层的温度场以及次声波反应对冲击地压进行预测，综合多参量微震监测预警技术，改变了依靠单一种类传感器进行监测的局限性，为矿震监测开辟了一个新的方向，有助于预测性的监测矿震的发生，为煤炭开采的安全评估提供了依据。。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了本申请实施例提供的一种矿用微震监测系统的结构示意图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实施例中提供了一种矿用微震监测系统，如图1所示，包括：地面计算机1、环网交换机2、监测分站3、振动传感器4、次声波传感器5以及温度传感器6；其中，环网交换机2分别与地面计算机1以及监测分站3连接，监测分站3分别与振动传感器4、次声波传感器5以及温度传感器6连接，监测分站3用于采集振动传感器4、次声波传感器5以及温度传感器6的监测数据，并通过环网交换机2上传到地面计算机1中。

在上述实施例中，在矿井内布置有振动传感器4、次声波传感器5以及温度传感器6，通过传感器测量矿井内危险区域的振动信号、次声波信号以及温度信号，利用监测分站3对各传感器的监测数据进行采集，并通过环网交换机2将监测分站3采集的数据上传到地面计算机1中，从而利用地面计算机1对采集的数据进行分析，具体来说，通过振动传感器4采集煤岩体破裂过程中释放的振动信号，进行定位与能量计算，可以确定振动源的位置与能量等级，而温度传感器6测量危险区域的温度场，煤岩层在内部应力作用下，温度场发生变化，随着应力变化的增大，温度场将有明显变化，通过温度场的测量，可以提前预知围岩的应力状况，对冲击地压起预测起作用，同时，岩层的应力变化会发生次声波反应，通过对特定频次次声波的监测，能够提前预知围岩应力状况，对冲击地压起预测起作用。

通过应用本实施例的技术方案，通过综合监测了围岩的振动信号、温度场和围岩次生波信号，系统为煤炭开采的安全评估提供了依据。与现有技术中单纯依靠振动信号分析振动源的位置与能量等级进行煤矿开采冲击地压产生的倾向性评价相比，本申请还利用煤岩层的温度场以及次声波反应对冲击地压进行预测，综合多参量微震监测预警技术，改变了依靠单一种类传感器进行监测的局限性，为矿震监测开辟了一个新的方向，有助于预测性的监测矿震的发生，为煤炭开采的安全评估提供了依据。。

在本申请任一实施例中，具体地，地面计算机1包括数据处理模块、数据拾取模块以及数据分析模块，其中，数据处理模块用于接收由环网交换机2传输的监测数据，并对监测数据进行滤波处理，数据拾取模块用于筛选滤波后的监测数据，数据分析模块用于基于筛选后的监测数据分析矿震位置以及矿震能量。

在上述实施例中，地面计算机1通过网线与环网交换机2连接，接收经过时间同步的各传感器数据，地面计算机1内部分为3个模块，一个模块为数据处理模块，该模块接收传感器数据并做滤波处理；第二个模块是异常数据拾取模块，通过异常数据拾取算法拾取若干个符合定位算法的传感器数据，然后再传给数据分析模块；第三个模块是数据分析模块，接收到异常传感器数据后，根据预设的定位算法进行计算，得出矿震位置与能量大小等信息，然后存储与显示。

在本申请任一实施例中，具体地，监测分站3包括授时模块，授时模块用于对监测数据授时。

在本申请任一实施例中，具体地，监测分站3包括本安型监测分站，本安型监测分站包括光纤口转换模块和/或以太口转换模块。

在上述实施例中，本安监测分站支持IEEE1588精确网络同步协议，该IEEE1588协议的时间戳通过硬件DP83640实现，当本安型监测分站3接收到传感器信号，本安监测分站3转换该信号为数字信号并赋予当前的实时时间标签，该系统时间标签是经IEEE1588时间同步过的，保证了系统采样时间的同步精度。本安型监测分站3内含光纤与以太网口转换模块，通过光纤与以太网口转换模块，可以通过光纤与环网交换机2连接，也可以通过以太网口与环网交换机2连接。

另外，环网交换机2，具有千兆光口、百兆光口和自适应10/100M以太网口，支持IEEE1588精确网络同步协议，该IEEE1588协议的时间戳通过硬件DP83640实现。

在本申请任一实施例中，具体地，监测分站3包括至少一个，每个监测分站对应于至少一个振动传感器4、至少一个次声波传感器5以及至少一个温度传感器6。

在上述实施例中，监测分站3可以包括多个，不同的监测分站3可以分别设置在井下的不同区域内，每个区域内的监测分站3对应于至少一个震动传感器4、至少一个次声波传感器5以及至少一个温度传感器6，对每个区域内的振动信号、次声波信号和温度信号进行检测。

在本申请任一实施例中，具体地，振动传感器4包括磁电式无源振动传感器，磁电式无源振动传感器与监测分站通过带屏蔽层的双绞线连接。

在上述实施例中，振动传感器传4可以选用磁电式无源传感器，频率范围为1Hz～150Hz，和本安型监测分站3通过带屏蔽层的双绞线连接，振动传感器传4可采用恒磁通动铁式结构，两线制电压信号输出，振动传感器传4的外壳采用不锈钢结构，和煤岩体通过锚杆连接，连接方向为垂直向，偏差角度控制在±7°。

在本申请任一实施例中，具体地，次声波传感器5包括电容式次声波传感器，电容式次声波传感器与监测分站通过带屏蔽层的双绞线连接。

在上述实施例中，次声传感器5可以选用电容式次声波传感器，频率范围为0.01Hz～10Hz，和本安型监测分站3通过带屏蔽层的双绞线连接，次声传感器5在安装之前先做一个水泥台墩，然后把次声波传感器固定在水泥墩上。以供地面计算机1在接收到次声波传感器信号后，通过已有的特性频率信号库识别围岩内部应力集中异常信号并做出危害程度的测算。

在本申请任一实施例中，具体地，温度传感器6包括铂电阻传感器，铂电阻传感器与监测分站通过含温补功能的三线制导线连接，导线外层包裹有空心铁管。

在上述实施例中，温度传感器6可以选用铂电阻PT1000，采用三线制，温度传感器6可以埋入煤岩体内15～30米内，通过含温补功能的导线与本安型监测分站3连接，为了保护导线不受损，可以将温度传感器6的导线用直径Φ8mm的空心钢管保护起来。温度传感器6测量危险区域的温度场，当岩层在内部应力作用下，温度场发生变化，随着应力变化的增大，温度场将有明显变化，通过温度场的测量，可以提前预知围岩的应力状况，对冲击地压起预测起作用。

另外，为了保证监测分站3能够对各个传感器的监测数据进行采集，本安型监测分站3主控制器可以为ARM型MCU，操作系统为嵌入式Linux，本安型监测分站3的AD采集系统为24位AD数据采集系统，采样频率大于1KSPS，采集接口支持微电压信号采集功能和铂电阻温度信号采集功能，且每类传感器支持多路。

本申请的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

1、本申请的一种多参量矿用微震监测系统通过监测围岩的温度场与矿震发生前的次声波信号的变化来监测矿震的发生，具有预测功能。

2、本申请的一种多参量矿用微震监测系统综合监测了围岩的振动信号、温度场和围岩次生波信号，系统为煤炭开采的安全评估提供了依据。

3、本申请的一种多参量矿用微震监测系统的IEEE1588同步协议的时间戳通过硬件的方式实现，保证了系统采样时间的同步精度。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的。本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本申请序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。以上公开的仅为本申请的几个具体实施场景，但是，本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本申请的保护范围。

Claims (8)

1.一种矿用微震监测系统，其特征在于，包括：

地面计算机、环网交换机、监测分站、振动传感器、次声波传感器以及温度传感器，其中，所述环网交换机分别与所述地面计算机以及所述监测分站连接，所述监测分站分别与所述振动传感器、所述次声波传感器以及所述温度传感器连接，所述监测分站用于采集所述振动传感器、所述次声波传感器以及所述温度传感器的监测数据，并通过所述环网交换机上传到所述地面计算机中。

2.根据权利要求1所述的矿用微震监测系统，其特征在于，所述地面计算机包括数据处理模块、数据拾取模块以及数据分析模块，其中，所述数据处理模块用于接收由所述环网交换机传输的所述监测数据，并对所述监测数据进行滤波处理，所述数据拾取模块用于筛选滤波后的所述监测数据，所述数据分析模块用于基于筛选后的所述监测数据分析矿震位置以及矿震能量。

3.根据权利要求2所述的矿用微震监测系统，其特征在于，所述监测分站包括授时模块，所述授时模块用于对所述监测数据授时。

4.根据权利要求3所述的矿用微震监测系统，其特征在于，所述监测分站包括至少一个，每个所述监测分站对应于至少一个所述振动传感器、至少一个所述次声波传感器以及至少一个所述温度传感器。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的矿用微震监测系统，其特征在于，所述监测分站包括本安型监测分站，所述本安型监测分站包括光纤口转换模块和/或以太口转换模块。

6.根据权利要求5所述的矿用微震监测系统，其特征在于，所述振动传感器包括磁电式无源振动传感器，所述磁电式无源振动传感器与所述监测分站通过带屏蔽层的双绞线连接。

7.根据权利要求5所述的矿用微震监测系统，其特征在于，所述次声波传感器包括电容式次声波传感器，所述电容式次声波传感器与所述监测分站通过带屏蔽层的双绞线连接。

8.根据权利要求5所述的矿用微震监测系统，其特征在于，所述温度传感器包括铂电阻传感器，所述铂电阻传感器与所述监测分站通过含温补功能的三线制导线连接，所述导线外层包裹有空心铁管。