CN204422769U - 一种井下快捷固定微震传感器的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种井下快捷固定微震传感器的装置。其装置是基于井下煤巷掘进工作面锚杆（11）支护方式提供的锚杆（11）作为载体，改变传统的埋入式安装方式，通过井下快捷固定微震装置将传感器和锚杆（11）固定连接为一体。该装置包括外罩和连接器两部件构成，外罩由底板（2）、罩体（3）、外部声波隔绝材料（4）和闭合孔（5）组成；连接器由突出轴（7）、挡板（8）和固定栓（9）组成。该方法解决了目前微震传感器传统安装方式存在的安装工序复杂、耗时长、回收困难等一系列难题。实现了传感器的快捷安装与卸取，另外，该装置提供的罩体能够为传感器提供固定和保护作用的同时，还能起到隔绝、消除噪声的作用。

Description

一种井下快捷固定微震传感器的装置

技术领域

本实用新型涉及一种井下快捷固定微震传感器装置，涉及一种微震传感器锚杆式固定装置。

背景技术

我国是全球最大的产煤国，其煤炭消费量也高居世界首位。2000年，我国一次能源生产总量中，原煤占到66.6%。2002年以来国家对能源战略进行了调整，总结为“保证安全，优化结构，提高效率，保护环境，扩大开放；节能有限，结构多元，环境友好，市场推动”，重点强调能源开发的多元性及安全生产和环境保护等多方面，这时期煤炭开采又回到了整体能源的主导地位，其经济地位也日益复苏。2004年国家发展和改革委员会结合我国能源格局现状，再次制定了新能源战略“以煤炭为主体、电力为中心，油气和新能源全面发展”，随着政策的导向，煤炭产能进一步提高，原煤所占能源的生产构成和消费构成有较大上升趋势。作为中国的主体能源和重要工业原料，煤炭在中国一次性能源消费结构中的比重在60%以上，预计到2050年这一比例仍将维持在50%以上。因此，在很长一段时期内，煤炭仍将占据能源消费结构的主导地位。目前，我国95%以上矿井为井工开采，由于其开采地质条件复杂，顶板、瓦斯、水、火、煤尘等灾害因素多，且其致灾机理复杂，使煤矿灾害的治理工作艰巨。伴随煤炭工业发展的是日趋严峻的矿井灾害事故形势。2013年，我国煤矿百万吨死亡率为0.293，首次降到0.3以下，同比下降21.7%，但这一数据是发达国家的数倍甚至十几倍（美国、波兰等主要产煤国低于0.1人/百万吨）。煤矿是工况企业中事故死亡人数最多的行业，其事故类型主要包括瓦斯、顶板、水害、运输、放炮等。以贵州近10年发生的煤矿事故数据进行分析得知：贵州煤矿顶板、瓦斯和水害是事故发生的主要类别。其中，顶板事故起数和死亡人数高居各类事故之首；瓦斯事故造成的死亡人数仅次于顶板事故，但顶板事故起数却是瓦斯事故起数的4.7倍；水害和瓦斯事故单起事故死亡人数最多，分别为4.9人/起和6.1人/起，瓦斯事故的总起数明显高于水害的总起数；在瓦斯事故中，重大、较大事故多为煤与瓦斯突出事故。因此，瓦斯、水害、顶板事故是造成群死群伤的主要事故类别。

上述煤矿事故危害性最大的前三位：即顶板、瓦斯、水，均可以进行提前预测和防治的。理论研究表明，无论是非煤矿山的动力灾害，还是煤矿煤岩体冒顶、透水以及含瓦斯煤岩体突出等问题，几乎都是原应力场在开采活动扰动下诱发的煤岩体微破裂萌生、发展、贯通等破裂过程失稳的结果。而且在大多数动力灾害发生之前，都会有一种或多种相应的煤岩体微破裂前兆出现。因此，根据煤岩体在外力载荷下的破裂特征和煤与瓦斯突出前后能级变化规律，借助先进的科学计算手段，有效监测煤岩体破裂的前兆信息，对矿山动力灾害，特别是煤与瓦斯突出动力现象的预测预报有非常重要的意义。

微震监测系统(Micro-seismic Monitoring System, MMS)，产生于上世纪七十年代初，随着信息技术、计算技术的发展和计算机水平的提高而日趋成熟，其主要是利用声学、地震学和地球物理学原理和计算机强大的计算功能来实现微震事件的精确定位和级别大小的确定。该系统已成功的应用于采矿、土木工程、隧道、石油天然气勘探开发和防洪大坝等多个领域。

煤岩体等工程介质在变形破坏的过程中，积聚、储存、释放能量，导致裂隙的产生、扩展、破坏，产生了震动或引发其他介质的震动。微震监测设备和技术通过监测、分析震动事件，可以预测、预警煤岩体等工程介质的破坏程度，为防治灾害提供支持。

微震监测技术在地下工程中的应用最早始于上世纪初的南非约翰内斯堡地区的金矿开采诱发的地震监测。南非对微地震的早期监测是采用常用的地震监测仪器，60年代大规模的矿山微震研究在南非各主要金矿展开，并随之在1970~1980年以来各采金矿山先后建立了矿山微震监测台站。到上世纪中叶，在波兰、美国、前苏联、加拿大等采矿大国都先后开展了矿山地震研究。

国内煤矿微震监测研究工作起始于二十世纪八十年代，由原煤炭部和国家地震局等单位引进波兰SYLOK8通道微震监测系统在门头沟煤矿进行了试验，这也是我国首次在矿山进行多通道微震监测技术研究。近年来，我国微震监测在矿山，特别是金属矿山应用较为广泛，其目的主要是用于矿山压力监测和顶板安全管理，亦得到了较为成熟的经验，其采用的进口监测系统主要有南非（现澳大利亚）生产的ISS系统、波兰生产的ARAMIS M/E 和SOS系统和加拿大成产的ESG微震监测系统。随着我国矿山开采深度的日益增加，在高应力作用下诱发的岩爆灾害将严重制约矿山生产，微震监测技术在国内应用十分活跃。国内自80年代开始，长沙矿山研究院自主研发了国内最早的DYF-1，DYF-2型便携式智能地信号分析仪及SDL-1，SDL-12型多通道声探测监测系统。截止到目前为止，ESG微震监测系统在国内矿山市场应用较为广泛，据调查统计，国内共有ESG设备19套，现场应用设备15套，实验室研究4套，其中以江西修水香炉山钨矿监测矿柱残采地压；义马煤业集团股份有限公司千秋煤矿、跃进煤矿监测冲击地压；贵州省矿山安全科学研究院用于煤与瓦斯突出预警理论与现场应用监测；淮南新庄孜、望风岗煤矿监测冲击地压及断层构造等为代表。ISS设备在国内共有11套(包括意向性安装等)，运行正常的有3套，其主要应用于如安徽铜陵冬瓜山矿、云南会泽铅锌矿的岩爆监测预警，四川大学水电学院用于监测岩石边坡或隧道的岩体稳定性，河南理工大学用于煤与瓦斯突出机理理论与教学研究。另外，波兰的ARAMIS M/E 和SOS微震监测系统在我国的煤矿也有较多的应用，如平煤股份十一矿引进的SOS微震监测系统用于确定矿井发生震动的震动类型，从而判断出冲击矿压发生力源，对矿井冲击地压危险程度进行评价。

目前，微震技术主要应用于岩石稳定性监测，在煤矿中则主要用于冲击地压的监测，并取得较好的效果，而在预测预报煤与瓦斯突出的应用上，仅在贵州林华煤矿和义忠煤矿、淮南矿业集团少数矿井进行过试验，目前尚处于探索和研究阶段。煤与瓦斯突出的发生和发展伴随这煤体微破裂、煤体失稳、瓦斯动力现象等众多事件，这些事件往往产生不同程度的微震信号，微震监测技术可以对这些微小震动进行实时监测和定位，通过对微震信号的准确识别可以对煤岩体裂隙、应力变化和瓦斯参数等变化过程进行监测，从而对煤与瓦斯突出进行预警。因此，微震技术是当前煤与瓦斯突出预警的重要方向，而且也是今后突出预测及综合防突技术发展的长远方向。

为了更好的监测有效的微震信号，需结合实际现场情况，对微震系统主要设备之一的灵敏元件传感器安装角度和方位进行不断调整，在此过程中，须考虑井下操作方便和经济实用性。目前，微震传感器的安装大多采用埋入式，导致安装过程繁琐且浪费大量的人力、物力，且回收困难，造成巨大的经济损失。另外，传统的安装方式传感器所采集的信号较为丰富，不能很好的隔绝外部其它作业工序的噪音影响。

综上所述，发明一种快捷固定微震传感器的装置是非常必要的。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的是发明一种井下快捷固定微震传感器的装置，实现传感器方便、快捷的安装和卸取，同时对传感器起到固定、保护作用，避免其受到外界物体的伤害，对外部噪音等干扰信号起到了物理滤波作用，可以减少传感器装卸的工时，省去了打钻的工程量，减少了人力物力的耗费，避免了传感器装卸过程中造成损坏。

本实用新型提供的技术方案是：

提供了一种井下快捷固定微震传感器的装置。

本实用新型一种井下快捷固定微震传感器的装置是由外罩和连接器两种部件构成，外罩由底板、罩体、外部声波绝缘材料和闭合孔组成；连接器由突出轴、挡板和固定栓组成；突出轴、固定栓焊接在挡板上，突出轴与微震传感器前端内螺纹紧密连接，固定栓与镶嵌在岩体中的锚杆紧密耦合。

外罩分为左右对称两部份，左右对称两部份由四个螺栓通过闭合孔紧密闭合，闭合的外罩将微震传感器和连接器紧紧包裹。

外罩底板留有小孔，微震传感器后端的电缆线通过底板的小孔伸出。

连接器固定栓尺寸要与选定的锚杆相匹配，能与锚杆紧密耦合，保证煤岩体破裂或其它待检测的微震信号能够通过锚杆传输到微震传感器上，若锚杆的尺寸变化，固定栓的尺寸也要相应变化。

微震传感器锚杆式安装和拆卸具体方法如下：

步骤一，根据设计的传感器安装方位和角度，在煤巷掘进工作面选取满足条件的锚杆；

步骤二，确定锚杆后，将连接器之固定栓与锚杆紧密耦合；

步骤三，将传感器内螺纹对应连接器突出轴，并按其纹路方向旋转至稳定状态；

步骤四，用罩体将传感器和连接器之突出轴、挡板、固定栓底部收纳其中，通过螺栓在闭合孔处与罩体结合牢固。

步骤五，待监测完毕，将闭合孔中的螺栓旋下，卸下罩体，将传感器、突出轴、固定栓沿传感器内螺纹逆时针旋转，完成传感器和固定装置的回收，可重复多次使用。

本实用新型具有下列特点

a. 通过本装置采用接触式固定微震传感器安装方式，利用井下煤巷掘进工作面锚杆支护所提供的锚杆作为载体，通过该装置将微震传感器固定在既定监测位置；

b. 该固定方式摒弃了传统埋入安装所有弊端，即不需挪用钻机，也不需要对煤岩体进行钻进，同时还减少了因封孔、井下水电供给等一系列配套工序；

c. 该固定方法简单、便捷，一个人即可完成所有安装工序，在提高工作效率的同时，还减少人力、物力的投入，从而促进矿井的经济效益；

d. 此安装方式，微震传感器不需埋入煤岩体，可通过深入煤岩体的锚杆进行微震信号传递和采集，另外，还避免了埋在巷帮或掘进前方的微震传感器与综掘设备发生碰撞所造成的火花，进而有效杜绝瓦斯爆炸事故的发生，大大提高矿井的生产安全；

e. 此固定微震传感器方法，是通过井下快捷固定传感器装置与锚杆连接，可方便进行拆除和回收，可多次重复利用；其次，因微震传感器是精密仪器，价格昂贵，此方法也规避了微震传感器因其它安装方式不可回收或回收过程中造成的不可弥补的伤害影响。

f. 本发明的有益效果在微震传感器可以方便、快捷的安装和卸取，节约了打钻的工程量，减少了传感器装卸的工时，减少了人力物力的耗费，避免了微震传感器装卸过程中造成损坏。同时外罩起到了支撑、固定、保护传感器的作用，避免其受到外界物体的伤害，罩体壁上的外部声波隔绝材料对人员说话等噪声信号起到了物理滤波作用。

附图说明

图1是快捷固定微震传感器装置示意图；

图2是连接器示意图；

图3是外罩示意图。

附图中的标号分别为：1、连接微震传感器之电缆，2、底板，3、罩体，4、外部声波隔绝材料，5、闭合孔，6、微震传感器，简称传感器，7、突出轴，8、挡板，9、固定栓，10、底板小孔，简称小孔，11、锚杆，12、煤(岩)体。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步的说明：一种井下快捷固定微震传感器的方法，通过一个井下快捷固定微震传感器的装置，简称装置，将微震传感器6与镶嵌在岩体中的锚杆11紧密连接，将微震传感器固定在既定的监测位置，岩体微震信号通过锚杆11和装置，传递给微震传感器6，微震传感器6将信号通过电缆1与外部计算机系统联网。

一种井下快捷固定微震传感器的装置是由外罩和连接器两种部件构成，外罩由底板2、罩体3、外部声波绝缘材料4和闭合孔5组成；连接器由突出轴7、挡板8和固定栓9组成；突出轴7、固定栓9焊接在挡板8上，突出轴7与微震传感器6前端内螺纹紧密连接，固定栓9与镶嵌在岩体12中的锚杆11紧密耦合。

外罩分为左右对称两部份，左右对称两部份由四个螺栓通过闭合孔5紧密闭合，闭合的外罩将传感器6和连接器紧紧包裹。

外罩底板2留有小孔10，传感器后端的电缆线1通过底板2的小孔10伸出。

连接器固定栓9尺寸要与选定的锚杆11相匹配，能与锚杆11紧密耦合，保证煤岩体破裂或其它待检测的微震信号能够通过锚杆11传输到传感器上，若锚杆11的尺寸变化，固定栓9的尺寸也要相应变化。

微震传感器锚杆式安装和拆卸具体方法如下：

步骤一，根据设计的传感器安装方位和角度，在煤巷掘进工作面选取满足条件的锚杆10；

步骤二，确定锚杆11后，将连接器之固定栓9与锚杆11紧密耦合；

步骤三，将传感器6内螺纹对应连接器突出轴7，并按其纹路方向旋转至稳定状态；

步骤四，用罩体3将传感器6和连接器之突出轴7、挡板8、固定栓9底部收纳其中，通过螺栓在闭合孔5处与罩体3结合牢固。

步骤五，待监测完毕，将闭合孔5中的螺栓旋下，卸下罩体3，将传感器6、突出轴7、固定栓9沿传感器6内螺纹逆时针旋转，完成传感器和固定装置的回收，可重复多次使用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本方法领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，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内。

Claims (4)

1.一种井下快捷固定微震传感器的装置，其特征在于：该装置由外罩和连接器两种部件构成，外罩由底板（2）、罩体（3）、外部声波绝缘材料（4）和闭合孔（5）组成；连接器由突出轴（7）、挡板（8）和固定栓（9）组成；突出轴（7）、固定栓（9）焊接在挡板（8）上，突出轴（7）与微震传感器（6）前端内螺纹紧密连接，固定栓（9）与镶嵌在岩体（12）中的锚杆（11）紧密耦合。

2.根据权利要求1所述的一种井下快捷固定微震传感器的装置，其特征在于：外罩分为左右对称两部份，左右对称两部份由四个螺栓通过闭合孔（5）紧密闭合，闭合的外罩将微震传感器（6）和连接器紧紧包裹。

3.根据权利要求2所述的一种井下快捷固定微震传感器的装置，其特征在于：外罩底板留有小孔（10），微震传感器（6）后端的电缆线（1）通过底板（2）的小孔（10）伸出。

4.根据权利要求1所述的一种井下快捷固定微震传感器的装置，其特征在于：连接器固定栓（9）尺寸要与选定的锚杆（11）相匹配，能与锚杆（11）紧密耦合，保证煤岩体破裂或其它待检测的微震信号能够通过锚杆（11）传输到微震传感器（6）上，若锚杆（11）的尺寸变化，固定栓（9）的尺寸也要相应变化。