一种矿震、冲击地压的全频广域震动监测系统技术方案

本发明专利技术提供一种矿震、冲击地压的全频广域震动监测系统，包括：用于监测频带范围0.5～60Hz的低频地震监测子系统、用于监测频带范围1～150Hz的中低频微震监测子系统、用于监测频带范围60～1500Hz的中高频微震监测子系统、用于监测频带高于1500Hz的高频地音监测子系统；系统具有全频广域的矿山震动监测技术，构建了不同频带范围的监测和预警，同时实现了指标换算、统一机制，实现了全频段、广频域的综合监测、预警，实现了矿山冲击地压等的快速、准确预警。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及矿山矿震、冲击地压领域，尤其涉及一种矿震、冲击地压的全频广域震动监测系统。
技术介绍
冲击地压是我国深部开采矿井面临的主要动力灾害之一。我国首例冲击地压于1933年发生在抚顺胜利煤矿，距今已有83年，期间我国学者围绕冲击地压发生机理、危险性评价方法与技术、防治技术及机具、监测技术与装备进行了持续深入研究。但总体上我国冲击地压矿井数量在不断增加(如由1990年的58个增加到2015年的150个)，冲击地压矿井覆盖省份在不断增多(由原来的辽宁、北京、江苏、山东、河南等5个省份逐渐扩展到黑龙江、陕西、内蒙古、新疆等10余个省份)，冲击地压矿井涵盖条件逐渐普遍化，如开采深度由300m至1500m，顶板由700m巨厚基岩到700m巨厚表土，煤层厚度由1m到12m，煤层倾角0到87°，工作面倾斜长度由30m到270m，都发生过冲击地压灾害。近10年来，我国学者和现场工程技术人员在与冲击地压灾害博弈过程中积累了一些宝贵经验，尤其在冲击地压监测预警方面获得了一些具有自主知识产权的成果。监测预警作为冲击地压防治的重要环节之一，其直接作用是告诉现场施工人员“冲击地压威胁何时来、从哪来、破坏程度如何”，从而提醒现场施工人员及时实施防护措施。冲击地压监测的实时性和预警的可靠性直接决定着现场施工人员能否及时准确发现冲击危险信息。近年来冲击地压监测预警技术的发展也主要集中在监测的实时性和预警的可靠性两个方面。目前，冲击地压遇到的难题(冲击地压监测预警面临的困难)主要体现在发生机理的复杂性与监测物理量的单一性不匹配、监测手段的多样性与预警指标阀值的不确定性不匹配、破坏方式的多样性与监测布点的确定性不匹配、监测数据的庞杂性与危险信息反馈的及时性不匹配。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中的不足，本专利技术的目的在于，提供一种矿震、冲击地压的全频广域震动监测系统，包括：用于监测频带范围0.5～60Hz的低频地震监测子系统、用于监测频带范围1～150Hz的中低频微震监测子系统、用于监测频带范围60～1500Hz的中高频微震监测子系统、用于监测频带高于1500Hz的高频地音监测子系统；所述低频地震监测子系统包括：地面监控主机、设置在矿区地下，并与地面监控主机通信连接的的若干个拾震传感器；地面监控主机包括：数据处理机、以太网通信装置；所述数据处理机内设有微震数据定位模块、地震能量计算模块、微震信号分析模块；所述中低频微震监测子系统包括用于对全矿范围内发生的微震事件进行实时监测，自动记录微震事件，并进行震源定位和微震能量计算；分析危险区域微震事件日常分布规律，动态评价相关区域冲击危险等级，指导矿井冲击地压防治工作；系统自带软件可以根据监测结果对各个区域的冲击危险进行实时评价，便于及时掌握矿井范围内冲击地压灾害的动态变化趋势，一旦发现某一区域出现异常情况，可以更有针对性的采取解危措施，为防止事故发生或降低事故危险程度提供了宝贵时间，大大提高了矿井冲击地压防治的工作效率。优选地，所述高频地音监测子系统包括：地音探头、地音活动实时监测模块、生产判断模块、危险性评价模块；地音探头设置在具有潜在冲击危险区域布置，每个冲击危险区域布置多个地音探头，探头安装在锚杆露头位置，探头距离至工作面端头或掘进工作面的迎头距离≥25m，随着工作面的推进，探头交替向前移动；地音活动实时监测模块用于实时获取地音探头监测的地音信号，自动统计各探头每分钟地音活动的能量和频次；对比监测区域内的两个探头每分钟的地音频次，选取地音频次较低的探头监测到能量和频次作为该分钟内所在监测区域的地音活动能量和频次值；生产判断模块用于根据监测区域内每分钟的地音活动能量和频次计算每小时或每班次地音活动的能量和频次，同时结合井下是否生产，分别计算得到生产期间或非生产期间的小时或班地音能量和频次异常系数；危险性评价模块用于选取小时或班地音能量和频次异常系数较大的指标值进行冲击危险性评价。优选地，所述中高频微震监测子系统采用KJ551微震监测系统。优选地，还包括：震级换算子系统；所述震级换算子系统包括：震级系数调取模块、地震震级计算模块、转换系数设定模块、转换模块；所述震级系数调取模块用于分别调取低频地震监测子系统、中低频微震监测子系统、中高频微震监测子系统、高频地音监测子系统的震级计算公式，并与地震观测规范ML震级对比计算，分别求取低频地震监测子系统、中低频微震监测子系统、中高频微震监测子系统、高频地音监测子系统的震级系数；所述地震震级计算模块用于根据矿山地震震级M的计算方法，确定持时震级(Md)和能量(E)之间的计算模型及参数；所述转换系数设定模块用于确立低频地震监测子系统、中低频微震监测子系统、中高频微震监测子系统、高频地音监测子系统之间的震级转换系数；所述转换模块用于求取最终的转换模型，实现低频地震监测子系统、中低频微震监测子系统、中高频微震监测子系统、高频地音监测子系统间震级的统一转换与表示方法。优选地，还包括：微震监测预警及阈值确立子系统；微震监测预警及阈值确立子系统用于通过监测和分析矿山震动信息对诱发型冲击地压进行预警；还用于通过分析综放采场震动能量释放规律，确定震动日释放能量及单位推进度能量预警指标临界值，或通过对工作面开采期间震动数据的统计分析，结合现场工序情况，建立工作面日释放能量区间阈值，当释放的震动能量超出预警指标临界值时，发出预警信息；当工作面日释放能量超出区间阈值时，发出预警信息。优选地，还包括：微震数据分析处理子系统；微震数据分析处理子系统分别与低频地震监测子系统、中低频微震监测子系统、中高频微震监测子系统、高频地音监测子系统通信连接，微震数据分析处理子系统用于分别对低频地震监测子系统、中低频微震监测子系统、中高频微震监测子系统、高频地音监测子系统的各个传感器进行灵敏度测试，并就监测范围内的震动波传播速度进行标定；对现场采集的微震信号进行预处理，预处理包括滤波、去噪处理；提取现场波形的特征并进行初步识别操作，建立快速分类识别体系；对有效微震事件进行统计分析操作，提取单微震事件的频率、小波包能量分布等特征，同时统计分析微震事件的震级、能量、空间分布密度特征。从以上技术方案可以看出，本专利技术具有以下优点：矿震、冲击地压的全频广域震动监测系统具有全频广域的矿山震动监测技术，构建了不同频带范围的监测和预警，同时实现了指标换算、统一机制，实现了全频段、广频域的综合监测、预警，实现了矿山冲击地压等的快速、准确预警。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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为矿震、冲击地压的全频广域震动监测系统的整体示意图；图2为巷道在掘进过程中示意图；图3为巷道处于动态平衡的稳定状态示意图。具体实施方式为使得本专利技术的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将运用具体的实施例及附图，对本专利技术保护的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矿震、冲击地压的全频广域震动监测系统，其特征在于，包括：用于监测频带范围0.5～60Hz的低频地震监测子系统、用于监测频带范围1～150Hz的中低频微震监测子系统、用于监测频带范围60～1500Hz的中高频微震监测子系统、用于监测频带高于1500Hz的高频地音监测子系统；所述低频地震监测子系统包括：地面监控主机、设置在矿区地下，并与地面监控主机通信连接的的若干个拾震传感器；地面监控主机包括：数据处理机、以太网通信装置；所述数据处理机内设有微震数据定位模块、地震能量计算模块、微震信号分析模块；所述中低频微震监测子系统包括用于对全矿范围内发生的微震事件进行实时监测，自动记录微震事件，并进行震源定位和微震能量计算；分析危险区域微震事件日常分布规律，动态评价相关区域冲击危险等级，指导矿井冲击地压防治工作；系统自带软件可以根据监测结果对各个区域的冲击危险进行实时评价，便于及时掌握矿井范围内冲击地压灾害的动态变化趋势，一旦发现某一区域出现异常情况，可以更有针对性的采取解危措施，为防止事故发生或降低事故危险程度提供了宝贵时间，大大提高了矿井冲击地压防治的工作效率。

【技术特征摘要】
1.一种矿震、冲击地压的全频广域震动监测系统，其特征在于，包括：用于监测频带范围0.5～60Hz的低频地震监测子系统、用于监测频带范围1～150Hz的中低频微震监测子系统、用于监测频带范围60～1500Hz的中高频微震监测子系统、用于监测频带高于1500Hz的高频地音监测子系统；所述低频地震监测子系统包括：地面监控主机、设置在矿区地下，并与地面监控主机通信连接的的若干个拾震传感器；地面监控主机包括：数据处理机、以太网通信装置；所述数据处理机内设有微震数据定位模块、地震能量计算模块、微震信号分析模块；所述中低频微震监测子系统包括用于对全矿范围内发生的微震事件进行实时监测，自动记录微震事件，并进行震源定位和微震能量计算；分析危险区域微震事件日常分布规律，动态评价相关区域冲击危险等级，指导矿井冲击地压防治工作；系统自带软件可以根据监测结果对各个区域的冲击危险进行实时评价，便于及时掌握矿井范围内冲击地压灾害的动态变化趋势，一旦发现某一区域出现异常情况，可以更有针对性的采取解危措施，为防止事故发生或降低事故危险程度提供了宝贵时间，大大提高了矿井冲击地压防治的工作效率。2.根据权利要求1所述的矿震、冲击地压的全频广域震动监测系统，其特征在于，所述高频地音监测子系统包括：地音探头、地音活动实时监测模块、生产判断模块、危险性评价模块；地音探头设置在具有潜在冲击危险区域布置，每个冲击危险区域布置多个地音探头，探头安装在锚杆露头位置，探头距离至工作面端头或掘进工作面的迎头距离≥25m，随着工作面的推进，探头交替向前移动；地音活动实时监测模块用于实时获取地音探头监测的地音信号，自动统计各探头每分钟地音活动的能量和频次；对比监测区域内的两个探头每分钟的地音频次，选取地音频次较低的探头监测到能量和频次作为该分钟内所在监测区域的地音活动能量和频次值；生产判断模块用于根据监测区域内每分钟的地音活动能量和频次计算每小时或每班次地音活动的能量和频次，同时结合井下是否生产，分别计算得到生产期间或非生产期间的小时或班地音能量和频次异常系数；危险性评价模块用于选取小时或班地音能量和频次异常系数较大的指标值进行冲击危险性评价。3.根据权利要求1所述的矿震、冲击地压的全频广域震动监测系统，其特征在于，所述中高频微震监测子系统采用KJ551微震监测系统。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘金海，高林生，朱权洁，张洪顺，
申请(专利权)人：华北科技学院，
类型：发明
国别省市：河北;13