CN112227333A - 一种适用于排土场稳定性的监测预警系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种适用于排土场稳定性的监测预警系统，监测系统包括：次声信号传感器、位移传感器、网络传输仪以及计算机；次声信号传感器设置在待监测区域，次声信号传感器用于获取待监测区域内的次声信号并转化为第一电信号；位移传感器设置在待监测区域，位移传感器用于获取待监测区域内的排土场表面的位移信号并转化为第二电信号。采用次声信号传感器采集排土场的次声波信号，实现了对排土场的内部进行实时监测，采用位移传感器采集排土场表面的位移信号，实现了对排土场的外部进行实时监测，从而能够对排土场进行微观和宏观的同时监测，有效地增加了预测排土场稳定度的准确性。

Description

一种适用于排土场稳定性的监测预警系统及方法

技术领域

本发明属于露天矿山排土场监测技术领域，尤其涉及一种适用于排土场稳定性的监测预警系统及方法。

背景技术

随着科技的不断发展，目前排土场监测的方法主要有GPS监测、电磁信号监测、遥感摄影监测、全站仪监测和测量机器人自动变形监测等。但是由于影响排土场边坡的稳定性和引发其滑坡的因素繁多并且相互之间存在极大的不确定性和复杂性使得现有的方法不能较为准确的对露天矿山排土场滑坡事故进行评测、预警。

发明内容

本发明实施例提供一种适用于排土场稳定性的监测预警系统及方法，用于至少解决不能较为准确的对露天矿山排土场滑坡事故进行评测、预警的技术问题。

本发明提供一种适用于排土场稳定性的监测预警系统，其特征在于，所述监测系统包括：次声信号传感器、位移传感器、网络传输仪以及计算机；所述次声信号传感器设置在待监测区域，所述次声信号传感器用于获取待监测区域内的次声信号并转化为第一电信号；所述位移传感器设置在待监测区域，所述位移传感器用于获取待监测区域内的排土场表面的位移信号并转化为第二电信号；所述网络传输仪与所述次声信号传感器、所述位移传感器连接，用于将接收的所述第一电信号以及所述第二电信号分别转换为第一数字信号、第二数字信号；所述计算机与所述网络传输仪连接，用于对接收的所述第一数字信号、所述第二数字信号分别进行分析，并实时显示次声振幅、频率以及排土场表面位移速度、加速度与时间关系曲线图。

在本发明的一些实施方式中，所述计算机包括处理模块以及显示模块；所述处理模块与所述网络传输仪连接，用于对所述第一数字信号、所述第二数字信号进行分析处理，以获得次声波振幅、频率变化，以及排土场表面位移速度的变化规律；

所述显示模块与所述处理模块连接，用于实时显示次声振幅、频率以及排土场表面位移速度、加速度与时间关系曲线图。

在本发明的一些实施方式中，所述次声信号传感器与所述位移传感器交错布置在所述待监测区域。

在本发明的一些实施方式中，所述次声信号传感器、所述位移传感器通过电缆与所述网络传输仪连接。

在本发明的一些实施方式中，所述监测预警系统还包括报警器，所述报警器与所述计算机连接，用于接收所述计算机发出的警报指令，并依据所述警报指令进行报警。

本发明还提供了一种适用于排土场稳定性的监测预警方法，其特征在于，所述监测预警方法包括：实时采集待监测区域的排土场次声波信号以及排土场位移信号；将所述排土场次声波信号以及所述排土场位移信号分别转换为第一数字信号、第二数字信号；基于对所述第一数字信号、所述第二数字信号的分析，判断当前的排土场的状态是否达到预警点；若当前的所述排土场的状态达到预警点，则发出警报。

在本发明的一些实施方式中，所述预警点包括第一失稳点和/或第二失稳点，所述基于对所述第一数字信号、所述第二数字信号的分析，判断当前的排土场的状态是否达到预警点包括：基于对所述第一数字信号、所述第二数字信号的分析，判断当前的排土场的状态是否达到第一失稳点和/或第二失稳点；若当前的所述排土场的状态达到所述第一失稳点，则发出三级警报；若当前的所述排土场的状态达到所述第二失稳点，则发出二级警报；若当前的所述排土场的状态同时达到所述第一失稳点和所述第二失稳点，则发出一级警报。

在本发明的一些实施方式中，所述一级警报的优先级大于所述二级警报、所述三级警报的优先级。

在本发明的一些实施方式中，所述第一失稳点为在所述排土场次声波信号处于高振幅时，所述排土场次声波信号的频率下降的状态点，其中，所述高振幅为幅值大于4dB的振幅。

在本发明的一些实施方式中，所述第二失稳点为当前时刻的排土场的位移增量较上一时刻的排土场的位移增量减小的状态点。

本发明提供的监测预警系统和方法，采用次声信号传感器采集排土场的次声波信号，实现了对排土场的内部进行实时监测，采用位移传感器采集排土场表面的位移信号，实现了对排土场的外部进行实时监测，从而能够对排土场进行微观和宏观的同时监测，有效地增加了预测排土场稳定度的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明一实施例提供的一种适用于排土场稳定性的监测预警系统的工作框图；

图2为本发明一实施例提供的一种适用于排土场稳定性的监测预警方法的流程图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

11、次声信号传感器；12、位移传感器；20、网络传输仪；30、计算机；40、报警器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

发明人发现：排土场堆排高度增加，底部废石料被压密实，排土场底部渗透性变差，排土场内部含水不能及时排出，形成含水层，由于含水层的存在使得声信号衰减严重，大部分声信号无法被有效的采集、接受和分析，故声发射不太适用于排土场稳定性的监测。

发明人还发现：次声信号具有能量衰减慢、跨越障碍能力强及传播距离远等优点。

综上描述，发明人将次声信号传感器11应用至排土场的工作场景中，进行采集排土场失稳时产生的次声波信号，打破了本领域相关人员的普遍认知。

请参阅图1，其示出了本申请的适用于排土场稳定性的监测预警系统的一实施例的工作框图。

如图1所示，监测系统包括：次声信号传感器11、位移传感器12、网络传输仪20以及计算机30；次声信号传感器11设置在待监测区域，次声信号传感器11用于获取待监测区域内的次声信号并转化为第一电信号；位移传感器12设置在待监测区域，位移传感器12用于获取待监测区域内的排土场表面的位移信号并转化为第二电信号；网络传输仪20与次声信号传感器11、位移传感器12连接，用于将接收的第一电信号以及第二电信号分别转换为第一数字信号、第二数字信号；计算机30与网络传输仪20连接，用于对接收的第一数字信号、第二数字信号分别进行分析，并实时显示次声振幅、频率以及排土场表面位移速度、加速度与时间关系曲线图。

应用本实施例的技术方案，通过在排土场合理选择待测区域，优化次声信号传感器11和位移传感器12的布置方式，合理布置测量以最大化采集排土场内部产生的次声波信号和位移信号，次声信号传感器11和位移传感器12将采集的次声和位移信号转化为第一电信号、第二电信号，并通过电缆传输至网络传输仪20，网络传输仪20可将第一电信号、第二电信号转化为第一数字信号、第二数字信号，并储存在储存及控制中枢中，通过无线或有线将第一数字信号、第二数字信号的数据导出至计算机；

收集到的第一数字信号、第二数字信号的数据通过计算机30中的电脑软件及Matlab和Microsoft Visual Basic编写程序进行分析，获得次声波振幅、频率变化，以及排土场表面的位移速度的变化规律得到排土场失稳破坏依据，并在电脑界面实时显示次声振幅、频率以及排土场位移的速度、加速度与时间关系曲线图，以此便于工作人员对排土场稳定性进行监测和评价。

针对计算机30的具体结构，计算机30包括处理模块以及显示模块；处理模块与网络传输仪连接，用于对第一数字信号、第二数字信号进行分析处理，以获得次声波振幅、频率变化，以及排土场表面位移速度的变化规律；显示模块与处理模块连接，用于实时显示次声振幅、频率以及排土场表面位移速度、加速度与时间关系曲线图。

在一些优选的实施方式中，次声信号传感器11与位移传感器12交错布置在待监测区域。这样，能够较为均匀的接收待监测区域各个位置的次声信号和位移信号。

进一步参阅图1，监测预警系统还包括报警器40，报警器40与计算机30连接，用于接收计算机30发出的警报指令，并依据警报指令进行报警。

在一个具体的实施方式中，次声信号传感器11、位移传感器12采集、分析以及排土场失稳破坏依据确定过程如下：

1)、按照仪器安装要求在排土场待监测区域交错布置次声信号传感器11及位移传感器12；

2)、布置电缆线路，将次声信号传感器11及位移传感器12与网络传输仪20相连接；

3)、通过电缆将网络传输仪20与储存及控制中枢相连接；

4)、通过计算机对30储存及控制中枢进行基本参数设置，以实时采集、储存次声信号和位移信号；

5)、将次声次声信号和位移信号由储存及控制中枢导出至计算机30 中，通过软件计算及程序处理可得到排土场内部次声波信号振幅、频率及排土场表面的位移速度增长与时间关系；

6)、有效次声信号多出现在排土场失稳的中后期，排土场在剪应力达到峰值时开始出现高振幅信号，并持续出现，中间无明显变化的次声信号平静期，当次声信号出现频率明显减少甚至消失，则预示最终破坏来临，因此，将持续出现高频信号和信号频率减少甚至消失作为排土场失稳的一种失稳点；

7)、通过测量机器人对排土场位移进行监测，排土场失稳过程中，随着时间变化表面位移逐渐增大，排土场破坏前，表面位移的增长速度逐渐增大，排土场失稳时，增长速度达到最大，位移增量在极短时间内达到最大值，因此将位移增长速度达到最大作为排土场失稳的一种失稳点。

请参阅图2，其示出了本申请提供的适用于排土场稳定性的监测预警方法的一实施例的流程图。

如图2所示，监测预警方法包括以下步骤：

步骤101中，实时采集待监测区域的排土场次声波信号以及排土场位移信号；

步骤102中，将排土场次声波信号以及排土场位移信号分别转换为第一数字信号、第二数字信号；

步骤103中，基于对第一数字信号、第二数字信号的分析，判断当前的排土场的状态是否达到预警点；

步骤104中，若当前的排土场的状态达到预警点，则发出警报。

在本实施例中，对于步骤101，次声信号传感器11、位移传感器12 分别实时采集待监测区域的排土场次声波信号以及排土场位移信号。之后，对于步骤102，网络传输仪20将排土场次声波信号以及排土场位移信号分别转换为第一数字信号、第二数字信号。然后，对于步骤103，计算机30基于对第一数字信号、第二数字信号的分析，判断当前的排土场的状态是否达到预警点。之后，对于步骤103，若当前的排土场的状态达到预警点，计算机30则发出报警信号，报警器40在接收到报警信号后，作出报警，例如，报警可以是信号灯提示报警或语音警报提示报警。

本实施例的方法，通过对排土场的次声波信号以及排土场表面的位移信号进行同步采集，从而能够对排土场进行微观和宏观的同时监测，有效地增加了预测排土场稳定度的准确性，并在排土场的状态达到预警点时，作出相适应的报警，极大地避免了报警的偶然性，给企业足够多的时间转移人员和设备，降低企业的财产损失。

在一些优选的实施方式中，预警点包括第一失稳点和/或第二失稳点，第一失稳点为在排土场次声波信号处于幅值大于4dB的高振幅状态时，排土场次声波信号的频率下降的状态点，第二失稳点为当前时刻的排土场的位移增量较上一时刻的排土场的位移增量减小的状态点。

基于对第一数字信号、第二数字信号的分析，判断当前的排土场的状态是否达到预警点包括：

基于对第一数字信号、第二数字信号的分析，判断当前的排土场的状态是否达到第一失稳点和/或第二失稳点；

若当前的排土场的状态达到第一失稳点，则发出三级警报；

若当前的排土场的状态达到第二失稳点，则发出二级警报；

若当前的排土场的状态同时达到第一失稳点和第二失稳点，则发出一级警报。

其中，一级警报的优先级大于二级警报、三级警报的优先级。

在上述方法中，能够依据排土场的实时状态进行分级报警，从而实现了工作人员能够依据不同等级的报警进行相适应的操作。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种适用于排土场稳定性的监测预警系统，其特征在于，所述监测系统包括：次声信号传感器、位移传感器、网络传输仪以及计算机；

所述次声信号传感器设置在待监测区域，所述次声信号传感器用于获取待监测区域内的次声信号并转化为第一电信号；

所述位移传感器设置在待监测区域，所述位移传感器用于获取待监测区域内的排土场表面的位移信号并转化为第二电信号；

所述网络传输仪与所述次声信号传感器、所述位移传感器连接，用于将接收的所述第一电信号以及所述第二电信号分别转换为第一数字信号、第二数字信号；

所述计算机与所述网络传输仪连接，用于对接收的所述第一数字信号、所述第二数字信号分别进行分析，并实时显示次声振幅、频率以及排土场表面位移速度、加速度与时间关系曲线图。

2.根据权利要求1所述的一种适用于排土场稳定性的监测预警系统，其特征在于，所述计算机包括处理模块以及显示模块；

所述处理模块与所述网络传输仪连接，用于对所述第一数字信号、所述第二数字信号进行分析处理，以获得次声波振幅、频率变化，以及排土场表面位移速度的变化规律；

所述显示模块与所述处理模块连接，用于实时显示次声振幅、频率以及排土场表面位移速度、加速度与时间关系曲线图。

3.根据权利要求1所述的一种适用于排土场稳定性的监测预警系统，其特征在于，所述次声信号传感器与所述位移传感器交错布置在所述待监测区域。

4.根据权利要求1所述的一种适用于排土场稳定性的监测预警系统，其特征在于，所述次声信号传感器、所述位移传感器通过电缆与所述网络传输仪连接。

5.根据权利要求1所述的一种适用于排土场稳定性的监测预警系统，其特征在于，所述监测预警系统还包括报警器，所述报警器与所述计算机连接，用于接收所述计算机发出的警报指令，并依据所述警报指令进行报警。

6.一种适用于排土场稳定性的监测预警方法，其特征在于，所述监测预警方法包括：

实时采集待监测区域的排土场次声波信号以及排土场位移信号；

将所述排土场次声波信号以及所述排土场位移信号分别转换为第一数字信号、第二数字信号；

基于对所述第一数字信号、所述第二数字信号的分析，判断当前的排土场的状态是否达到预警点；

若当前的所述排土场的状态达到预警点，则发出警报。

7.根据权利要求6所述的一种适用于排土场稳定性的监测预警方法，其特征在于，所述预警点包括第一失稳点和/或第二失稳点，所述基于对所述第一数字信号、所述第二数字信号的分析，判断当前的排土场的状态是否达到预警点包括：

基于对所述第一数字信号、所述第二数字信号的分析，判断当前的排土场的状态是否达到第一失稳点和/或第二失稳点；

若当前的所述排土场的状态达到所述第一失稳点，则发出三级警报；

若当前的所述排土场的状态达到所述第二失稳点，则发出二级警报；

若当前的所述排土场的状态同时达到所述第一失稳点和所述第二失稳点，则发出一级警报。

8.根据权利要求7所述的一种适用于排土场稳定性的监测预警方法，其特征在于，所述一级警报的优先级大于所述二级警报、所述三级警报的优先级。

9.根据权利要求7所述的一种适用于排土场稳定性的监测预警方法，其特征在于，所述第一失稳点为在所述排土场次声波信号处于高振幅时，所述排土场次声波信号的频率下降的状态点，其中，所述高振幅为幅值大于4dB的振幅。

10.根据权利要求7所述的一种适用于排土场稳定性的监测预警方法，其特征在于，所述第二失稳点为当前时刻的排土场的位移增量较上一时刻的排土场的位移增量减小的状态点。

Images