CN114198147A - 一种煤矿冲击地压多参量监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种煤矿冲击地压多参量监测系统，属于采矿地质灾害监测技术领域。该系统包括微震检波器、地音传感器、定向电磁天线、一体化采集分站、配接电源及地面授时服务器、数据采集服务器。微震检波器、地音传感器、定向电磁天线布置于回采工作面或掘进巷道，用于监测煤岩体受载破裂后震动信号、电磁辐射信号；各传感器均通过线缆连接至一体化采集分站，地面授时服务器通过井上环网或专用网络对各一体化采集分站进行时间同步。一体化采集分站将采集到的模拟电信号转换成数字信号，与同步时间戳打包成数据包，发送至地面数据采集服务器。本发明可以广泛应用于煤矿冲击地压的危险性预测预报。
Description
技术领域
本发明涉及采矿地质灾害监测技术领域，特别是指一种煤矿冲击地压多参量监测系统。
背景技术
煤炭仍是我国重要的一次能源，随着社会对煤炭日益增长的资源需求及浅部煤炭资源枯竭，多地煤矿将全面进入深部开采。在深部开采中由于“三高一扰动”的环境下，冲击地压灾害将成为矿井安全生产所面临的重要难题之一。冲击地压监测预警是冲击地压研究体系中的关键一环，提高冲击地压监测预警水平，可以使防治措施更有针对性，而且可以反过来促进冲击地压机理的发展。
冲击地压监测预警的设备与方法：微震法、地音法、煤体应力法、电磁辐射法、钻屑指标法、应力监测法等。统计、分析目前矿井实际使用情况后，有如下问题需要进一步完善。1)单种预警设备及方法的局限性。如微震法主要是针对大能量低频事件进行分析和定位，不能对大事件发生前的低能高频信号进行有效捕捉和分析；电磁辐射法主要根据围岩电磁辐射强度来监测和预测冲击地压，但井下各种信号往往对监测数据产生很大干扰，容易造成结果的不确定性；地音法主要对低能高频信号进行有效捕捉和分析，不能定位。2)多系统安装造成维护成本高，系统复杂。3)传感器与采集站距离较远，及引入干扰。4)各系统内时基精度差，造成微震法定位时定位精度较差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种煤矿冲击地压多参量监测系统，能够实现微震法、地音法、电磁辐射法3种主要的监测方法，系统结果可以相互验证、关联分析；一体化采集分站大大简化系统结构和装备数量，便于安装、使用及维护；各传感器与采集站使用电流环传输方案，有效减少由于信号长距离传输引入的干扰和衰减问题；一体化分站具有时钟同步功能，整个系统具备微秒级的时间精度。
该系统包括微震检波器、地音传感器、定向电磁天线、一体化采集分站、配接电源及地面授时服务器、数据采集服务器，微震检波器、地音传感器和定向电磁天线通过线缆连接至一体化采集分站，一体化采集分站连接配接电源，地面授时服务器和数据采集服务器均通过地面网络交换机连接矿用环网交换机对一体化采集分站进行时间同步和数据交换。
其中，微震检波器布置在回采工作面或掘进巷道两帮、顶、底板，采集煤岩体破裂高能低频的震动信号，将感应出的电压转换为电流信号远距离传输至一体化采集分站；微震检波器间隔50-80m布置，在重点监测区域，布置密度更大，间隔较小。
地音传感器布置在回采工作面或掘进巷道两帮、顶、底板，采集煤岩体破裂低能高频的震动信号，将感应出的电压转换为电流信号远距离传输至一体化采集分站；地音传感器间隔15-25m布置。
定向电磁天线布置在回采工作面或掘进巷道两帮，采集煤岩体破裂电磁辐射信号，并将感应信号转换为电流信号远距离传输至一体化采集分站；定向电磁天线的头部朝向待测试区域，间隔5-15m布置。
微震检波器为速度型检波器，频率范围为4.5-1000Hz，灵敏度>100v/m/s，所述地音传感器为加速度传感器，频率范围为50-3000Hz；所述定向电磁天线为磁棒天线。
一体化采集分站包括时钟同步单元和数据采集单元，时钟同步单元与地面授时服务器组成精密授时网络；数据采集单元采集微震检波器、地音传感器和定向电磁天线输出的信号，将模拟信号转换为数字信号后与时间同步单元的时间戳拼接成数据包发送至采集服务器。
一体化采集分站不少于两个，一体化采集分站间与一体化采集分站至地面授时服务器间采用光纤连接，一体化采集分站与微震检波器、定向电磁天线间通过2芯矿用屏蔽线缆连接。一体化采集分站每个最大为16通道。
一体化采集分站、地面授时服务器、配接电源、数据采集服务器及连接线为标准配置。标准配置与微震检波器组合为微震监测系统、与地音传感器组合为地音监测系统、与定向电磁天线组合为电磁辐射监测系统。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，利用微震检波器、地音传感器、定向电磁天线采集煤岩体破裂的震动、电磁辐射信号，转换为电流信号后远距离传输至一体化采集分站，一体化采集分站将模拟信号转换为数字信号并与精密时间戳信息拼接后，发送至数据采集服务器。该系统方案避免了单一系统的应用局限、模拟信号传输干扰大、多系统安装维护工作量大、各系统内部时钟同步精度低的问题。提高了各数据的采集及预测冲击地压的准确性。
附图说明
图1为本发明的煤矿冲击地压多参量监测系统结构示意图。
其中：1-一体化采集分站，2-配接电源，3-微震检波器，4-地音传感器，5-定向电磁天线，6-地面授时服务器，7-数据采集服务器。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种煤矿冲击地压多参量监测系统。
该系统包括微震检波器、地音传感器、定向电磁天线、一体化采集分站、配接电源及地面授时服务器、数据采集服务器，微震检波器、地音传感器和定向电磁天线通过线缆连接至一体化采集分站，一体化采集分站连接配接电源，地面授时服务器和数据采集服务器均通过地面网络交换机连接矿用环网交换机对一体化采集分站进行时间同步和数据交换。
在具体实施过程中，如图1所示，设计两个一体化采集分站1，其中一个一体化采集分站1连接1#-4#四个低音传感器4和一个定向电磁天线5，另一个一体化采集分站1连接1#-16#十六个微震检波器3。配接电源2的输入端接矿方127V供电回路，输出接入一体化采集分站1，给一体化采集分站1供电的同时，读取配接电源2的实时状态。微震检波器3、地音传感器4、定向电磁天线5均可通过2芯矿用屏蔽线缆接入一体化采集分站1，最大接入量为16路，最大距离5km。多台一体化采集分站1可通过矿用光缆串联或单独接入井下环网交换机或者专用线路，地面授时服务器6和数据采集服务器7放置于地面机房，通过RJ45网线接入井上环网。
微震检波器3，优先采用全包围式布置方式，以监测目标区域Y回采工作面为中心在四周巷道布置微震检波器3；微震检波器3间距控制在80m～150m范围内，均匀布置，且标高高差不小于3m；安装方式优先安装于专用钻孔内，底端朝向监测区域，与围岩耦合接触；埋设深度大于巷道松动圈破坏范围。
若干个微震检波器3接入一体化采集分站1，在正常供电及通讯的情况下，查看一体化采集分站1的运行状态，记录微震检波器3的物理三维坐标及对应的通道号。至地面后配置数据采集服务器7，确定一体化采集分站1各通道微震检波器3的对应情况，启动微震系统实时监测Y回采工作面的发生冲击地压的危险性。
X煤巷掘进面前每30米处间隔布置2组地音传感器4，每组最多布置2个。采用循环交替前进的方式移动地音传感器4。定向电磁天线5安装于X煤巷掘进面前15米处，定向电磁天线5的接收方向正对掘进面方向，且随工作面推进而移动。记录接入一体化分站1的通道数。启动地音监测系统和电磁辐射接收系统实时监测X煤巷掘进面发生冲击地压的危险性。
地音传感器4安装于X煤巷掘进面的锚杆螺纹处，确保紧密接触。
定向电磁天线5安装于专用支架上，且要远离强电磁干扰设备。
在对监测结果进行分析时，对照微震系统对应的事件和能量、地音的能量密度、电磁辐射的频次和能级对比综合分析，相互佐证，提高预测准确度。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种煤矿冲击地压多参量监测系统，其特征在于，包括微震检波器、地音传感器、定向电磁天线、一体化采集分站、配接电源及地面授时服务器、数据采集服务器，微震检波器、地音传感器和定向电磁天线通过线缆连接至一体化采集分站，一体化采集分站连接配接电源，地面授时服务器和数据采集服务器均通过地面网络交换机连接矿用环网交换机对一体化采集分站进行时间同步和数据交换。
2.根据权利要求1所述的煤矿冲击地压多参量监测系统，其特征在于，所述微震检波器布置在回采工作面或掘进巷道两帮、顶、底板，采集煤岩体破裂高能低频的震动信号，将感应出的电压转换为电流信号远距离传输至一体化采集分站；微震检波器间隔50-80m布置。
3.根据权利要求1所述的煤矿冲击地压多参量监测系统，其特征在于，所述地音传感器布置在回采工作面或掘进巷道两帮、顶、底板，采集煤岩体破裂低能高频的震动信号，将感应出的电压转换为电流信号远距离传输至一体化采集分站；地音传感器间隔15-25m布置。
4.根据权利要求1所述的煤矿冲击地压多参量监测系统，其特征在于，所述定向电磁天线布置在回采工作面或掘进巷道两帮，采集煤岩体破裂电磁辐射信号，并将感应信号转换为电流信号远距离传输至一体化采集分站；定向电磁天线的头部朝向待测试区域，间隔5-15m布置。
5.根据权利要求1所述的煤矿冲击地压多参量监测系统，其特征在于，所述微震检波器为速度型检波器，频率范围为4.5-1000Hz，灵敏度>100v/m/s，所述地音传感器为加速度传感器，频率范围为50-3000Hz；所述定向电磁天线为磁棒天线。
6.根据权利要求1所述的煤矿冲击地压多参量监测系统，其特征在于，所述一体化采集分站包括时钟同步单元和数据采集单元，时钟同步单元与地面授时服务器组成精密授时网络；数据采集单元采集微震检波器、地音传感器和定向电磁天线输出的信号，将模拟信号转换为数字信号后与时间同步单元的时间戳拼接成数据包发送至采集服务器。
7.根据权利要求1所述的煤矿冲击地压多参量监测系统，其特征在于，所述一体化采集分站不少于两个，一体化采集分站间与一体化采集分站至地面授时服务器间采用光纤连接，一体化采集分站与微震检波器、定向电磁天线间通过2芯矿用屏蔽线缆连接。
8.根据权利要求1所述的煤矿冲击地压多参量监测系统，其特征在于，所述一体化采集分站每个最大为16通道。
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