CN214836547U - 煤矿井下工作面双震源一体化应力场监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种煤矿井下工作面双震源一体化应力场监测系统，包括第一监测分站、第二监测分站、拾震传感器、地面用光端机、微震信号记录存储仪、分析计算机，其中，监测分站包括变压器、激发传感器和信号采集板，变压器和激发传感器分别与信号采集处理板电连接，拾震传感器布置在监测区域内的巷道两帮；拾震传感器与监测分站中的信号采集处理板电连接；第一监测分站和第二监测分站通过光缆连接在一起，监测分站通过地面用光端机与微震信号记录存储仪电连接，微震信号记录存储仪通过路由器将数据共享至分析计算机。本实用新型能够将主、被动震源集于一体进行监测，且能够实现24小时在线式监测。

Description

煤矿井下工作面双震源一体化应力场监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种煤矿井下工作面应力场监测系统，具体是一种煤矿井下工作面双震源一体化应力场监测系统，属于煤矿井下安全监测技术领域。

背景技术

国内外大量学者研究表明，煤矿开采造成的矿山压力问题与井下煤岩体的应力条件之间存在紧密联系，且震动波波速与应力之间存在耦合关系，因此，冲击地压矿井应力场监测多采用震动波CT反演的方法。

目前用于煤矿井下工作面应力场监测的设备还比较单一，一般单独采用主动震源或被动震源进行监测。当矿井需要进行主动震源CT反演时，需要下井安装设备，通过井下放炮产生主动震源，反演完成后回收，且线路安装复杂，工作量大，效率低，给井下施工人员造成沉重负担；当矿井需要进行被动震源CT反演时，通常基于现有的微震监测系统监测数据进行分析，但监测数据较少，只能积累半个月或一个月的数据后才能进行CT反演，周期较长，且微震监测为区域监测，反演区域较大，不能实现对局部重点区域的高精度监测。因此目前现有的技术不能实现24小时在线式监测，且只能单独的使用主动或被动震源监测，效果单一，实施周期长，工作量大、效率低。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种煤矿井下工作面双震源一体化应力场监测系统，能够将主、被动震源集于一体进行监测，且能够实现24小时在线式监测。

为达到以上目的，本实用新型一种煤矿井下工作面双震源一体化应力场监测系统，包括第一监测分站、第二监测分站、拾震传感器、地面用光端机、微震信号记录存储仪、分析计算机，其中，监测分站包括变压器、激发传感器和信号采集板，变压器和激发传感器分别与信号采集处理板电连接，拾震传感器布置在监测区域内井下工作面巷道两帮；

拾震传感器与监测分站中的信号采集处理板电连接，第一监测分站和第二监测分站通过光缆连接在一起，监测分站通过地面用光端机与微震信号记录存储仪电连接，微震信号记录存储仪通过路由器将数据共享至分析计算机。

优选地，监测分站与拾震传感器之间通过矿用聚乙烯绝缘编织屏蔽聚氯乙烯护套通信软电缆连接。

优选地，在井下工作面巷道两帮每隔30米设置一个拾震传感器，每帮不超过15个拾震传感器。

优选地，拾震传感器直接利用巷道两帮的锚杆固定在巷道两帮。

进一步，每个拾震传感器通过接线盒与监测分站的信号采集处理板电连接。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本实用新型采用在线式监测方式，实现了24小时实时监测，可实时显示地震波波形，同时可实现了震源位置的定位。

(2)本实用新型的监测分站包括激发传感器，通过是否使用激发传感器，选择监测分站处于主动震源触发模式还是被动震源触发模式，实现了主、被动监测模式的切换，从而实现了主、被动双源震动波信号的采集和分析。

(3)本实用新型监测工作面前方至少400米区域，同时，结合实际采掘需要，可以通过调整监测分站及拾震传感器布置间隔，将监测区域扩大到800～1000米，具有高度的灵活性。

(4)本实用新型无需向巷道底板打钻安装探头，可直接利用巷道两帮的锚杆安装拾震传感器，省工、便捷。

(5)本实用新型监测分站可直接接入井下光纤环网，实现了井下长距离传输下信号的高保真技术要求。

(6)由于本实用新型设备直接安装在井下监测区域，只需要跟着工作面的推进度进行挪移，因此能够根据矿方防治需要，既可以选用当天数据每天进行应力场反演，实现了随采掘进展的日常连续监测；也可以根据现场实际需要，调整为每3天或5天进行应力场反演探测，具有较高的实时性和灵活性。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图；

图2为本发明装置被动波监测时安装示意图；

图3为本发明装置主动波监测时安装示意图；

图4为本发明装置被动波监测时射线覆盖示意图；

图5为本发明装置主动波监测时射线覆盖示意图。

图中：1—第一监测分站、2—第二监测分站、3—拾震传感器、4—地面用光端机、5—微震信号记录存储仪、6—分析计算机、7—光缆、8—路由器、9—电缆、10—接线盒、11—主动震源激发装置位置、12—被动震源位置。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型一种煤矿井下工作面双震源一体化应力场监测系统，包括第一监测分站1、第二监测分站2、拾震传感器3、地面用光端机4、微震信号记录存储仪5、分析计算机6，其中，监测分站包括变压器、激发传感器和信号采集板，变压器和激发传感器分别与信号采集处理板电连接，拾震传感器3布置在监测区域内的巷道两帮；

拾震传感器3与监测分站中的信号采集处理板电连接，拾震传感器3与监测分站采用光信号方式传输；同时监测分站可直接接入井下光纤环网，实现了井下长距离传输下信号的高保真技术要求；第一监测分站1和第二监测2分站通过光缆7连接在一起，监测分站通过地面用光端机4与微震信号记录存储仪5电连接，监测分站通过光缆7与地面用光端机电连接，微震信号记录存储仪5通过路由器8将数据共享至分析计算机6，

作为本实用新型的优选方式，监测分站与拾震传感器3之间通过矿用聚乙烯绝缘编织屏蔽聚氯乙烯护套通信软电缆9连接形成监测网络，采用RS485方式传输。

如图2至图3所示，作为本实用新型的优选方式，在井下工作面巷道两帮每隔30米布置一个拾震传感器3，每帮不超过15个拾震传感器3，本实施例巷道每帮设置15个拾震传感器3，监测区域至少400米。当然，工作人员也可结合实际采掘需要，通过调整监测分站及拾震传感器3布置间隔，监测区域扩大到800-1000米，具有高度的灵活性。

作为本实用新型的优选方式，拾震传感器3直接利用巷道两帮的锚杆固定在巷道两帮，避免了在巷道底板打钻。

作为本实用新型的改进，每个拾震传感器3通过接线盒与监测分站的信号采集处理板电连接。

本实用新型用于室内或巷道内时，要求有一台监测分站作为主站，下发时间给另外一台监测分站，监测分站之间同步信号采用光纤方式传输。本实施例设第一监测分站1为主站，巷道两帮每帮设置15个拾震传感器3。

工作时，拾震传感器3实时采集震动信号，然后对采集到的震动信号数据进行编码发送至第一监测分站1和第二监测分站2，两个监测分站接收多路拾震传感器3的数据，将数据打包形成文件，一方面监测分站存储数据文件，另一方面监测分站将文件按照网络协议进行编码，加入分站网址后发送至地面用光端机4，地面用光端机4转换光信号为以太网信号，并发送到微震信号记录存储仪5，进行记录、存储震动信号数据，并通过路由器8网络共享至分析计算机6，每个震源生成的波形均由分析计算机6内部的震动波CT反演软件自动或人工进行到时标记与分析，同一震源下的震动信号会对采掘工作面形成高密度射线覆盖，基于震动波CT反演原理和计算方法，划分网格模型，执行SIRT波速算法，从而确定采掘工作面的波速分布云图，结合煤岩体内震动波速与应力的耦合关系，进而确定工作面区域内的应力分布情况。

监测分站可以进行主、被动监测模式的切换分别监测主、被动震源的震动信号，工作人员可以通过分析计算机选择第一监测分站1和第二监测分站2处于主动震源触发状态还是被动震源触发状态，从而实现了主、被双源震动波信号的采集和分析，具体如下：

当第一监测分站1和第二监测分站2处于主动震源触发状态时，根据主动震源激发装置位置11(即放炮激发的震源)，巷道两帮每帮每隔30米布置一个拾震传感器3，每帮各布置15个拾震传感器3，同时需要使用激发传感器，将炮线缠绕在第一监测分站1的激发传感器上，然后通过分析计算机6选择监测分站为主动震源监测模式，炸药爆炸时，炮线会将信号传送至激发传感器，激发传感器记录炸药爆炸的时间，并传送至第一监测分站1的信号采集处理板，该信号采集处理板将接收到的时间信息通过光缆7下发给第二台监测分站2，同时拾震传感器3将实时采集到的震动信号传送至监测分站的信号采集处理板，信号采集处理板将数据打包形成文件，在打包文件中加入时间(该时间为激发传感器传送的时间)同步，再将文件按照网络协议进行编码，加入监测分站网址后发送至地面用光端机4，地面用光端机4将数据发送到微震信号记录存储仪5，进行记录、存储震动信号数据，并通过路由器8网络共享至分析计算机6，经计分析计算机6内的软件分析，从而确定工作面的波速分布云图，结合煤岩体内震动波速与应力的耦合关系，进而确定工作面区域内的应力分布情况。

如图5所示，由于拾震传感器3布置在主动震源激发装置位置11，实现了对主动震源的震动信号采集与分析，形成对采掘工作面封闭的波形穿透射线覆盖，从而确定了采掘工作面的波速分布云图，结合煤岩体内震动波速与应力的耦合关系，进而确定了工作面区域内的应力分布情况。

当第一监测分站1和第二监测分站2处于被动震源触发状态时，在监测区域内的巷道两帮每帮每隔30米布置一个拾震传感器3，通过分析计算机6选择监测分站为被动震源监测模式，不需要使用激发传感器，即被动震源的震动信号无时间信息，被动震源位置是未知的，一般为采掘活动引起的矿震，通过拾震传感器接3实时采集采掘工作面区域内的矿震信号，形成对该区域的穿透射线覆盖，如图4所示，从而确定采掘工作面的波速分布云图，结合煤岩体内震动波速与应力的耦合关系，进而确定工作面区域内的应力分布情况。

本实用新型采用在线式监测方式，实现24小时实时监测，可实时显示地震波波形，同时可实现震源位置定位。

Claims (5)

1.一种煤矿井下工作面双震源一体化应力场监测系统，其特征在于，包括第一监测分站(1)、第二监测分站(2)、拾震传感器(3)、地面用光端机(4)、微震信号记录存储仪(5)、分析计算机(6)，其中，监测分站包括变压器、激发传感器和信号采集板，变压器和激发传感器分别与信号采集处理板电连接，拾震传感器(3)布置在监测区域内井下工作面巷道两帮；

拾震传感器(3)与监测分站中的信号采集处理板电连接，第一监测分站(1)和第二监测分站(2)分站通过光缆(7)连接在一起，监测分站通过地面用光端机(4)与微震信号记录存储仪(5)电连接，微震信号记录存储仪(5)通过路由器(8)将数据共享至分析计算机(6)。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下工作面双震源一体化应力场监测系统，其特征在于，监测分站与拾震传感器(3)之间通过矿用聚乙烯绝缘编织屏蔽聚氯乙烯护套通信软电缆(9)连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种煤矿井下工作面双震源一体化应力场监测系统，其特征在于，在井下工作面巷道两帮每隔30米布置一个拾震传感器(3)，每帮不超过15个拾震传感器(3)。

4.根据权利要求3所述的一种煤矿井下工作面双震源一体化应力场监测系统，其特征在于，拾震传感器(3)利用巷道两帮的锚杆固定在巷道两帮上。

5.根据权利要求3所述的一种煤矿井下工作面双震源一体化应力场监测系统，其特征在于，每个拾震传感器(3)通过接线盒与监测分站的信号采集处理板电连接。

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