煤岩动力灾害声电瓦斯实时自动监测系统及方法技术方案

一种煤岩动力灾害声电瓦斯实时自动监测系统及方法，属于矿山安全及监测监控领域。该系统由声波探头、电磁天线、瓦斯传感器、电流传感器、电压传感器、声电瓦斯同步监测仪、通信分站、分站电源和监测中心机等组成。系统通过声电瓦斯同步监测仪接收声波、电磁辐射和瓦斯信号，可接入电压传感器监测动力电缆通电情况，接入电流传感器监测机电设备工作情况；通过声波、电磁和瓦斯信号突变情况及声电频谱特征，结合电流、电压信号变化识别探头、天线移动及采掘活动情况；通过有效声波、电磁信号变化及频谱特征、结合瓦斯信号变化特征预警工作面前方异常区域及煤岩动力灾害危险性。可应用于工作面前方异常区域监测及煤与瓦斯突出、冲击地压监测预警。

Coal and rock dynamic disaster acoustic electric gas real-time automatic monitoring system and method

The utility model relates to a real-time acoustic automatic monitoring system for coal and rock dynamic disasters and a method thereof, belonging to the field of mine safety and monitoring and monitoring. The system consists of acoustic wave probe, electromagnetic antenna, gas sensor, current sensor, voltage sensor, acoustic and electric gas synchronous monitor, communication sub station, sub station power supply and monitoring center machine. The system through the acoustic electric gas monitor synchronous receiving sound wave and electromagnetic radiation and gas signals, can be connected to a voltage sensor for monitoring power cable power, access current sensor to monitor the electrical equipment work; through acoustic, electromagnetic and gas signal mutation and acoustic frequency spectrum characteristics, combined with the current and voltage change, and mobile antenna probe recognition mining activities; through effective acoustic, electromagnetic signal and spectrum characteristics, combined with the change of gas early warning signal characteristics in front of anomaly area and the coal and rock dynamic disaster risk. It can be applied to the monitoring of abnormal areas in front of work, monitoring of coal and gas outburst, and monitoring and monitoring of ground burst.

【技术实现步骤摘要】
煤岩动力灾害声电瓦斯实时自动监测系统及方法
本专利技术涉及一种矿山安全及监测监控领域，特别是一种煤岩动力灾害声电瓦斯实时自动监测系统及方法。
技术介绍
煤矿煤岩动力灾害主要包括煤(岩)与瓦斯(甲烷或二氧化碳)突出、煤与瓦斯压出、冲击地压等。随着矿山采掘深度及开采强度的加大，矿井瓦斯突出、冲击地压等煤岩动力灾害日趋严重且复杂，灾害危险性明显增大，同时原来一些没有动力灾害或征兆不明显的矿井现在也逐渐显现，严重威胁着井下工人的生命安全和矿井的正常生产。我国目前对于煤岩动力灾害的预测可大体分为静态法和动态法两类。静态法主要通过打钻，观测钻孔中一些物理指标来实现的，包括钻屑倍率法、钻孔瓦斯涌出初速度法、钻屑瓦斯解吸指标法及其它综合指标法。这些静态方法测值的连续性差，测定需占用一定的作业时间和空间，工程量较大，作业时间也较长，对生产有一定的影响；操作过程中的安全性差，在打钻时易诱发动力灾害；预测的准确性较低，易受人工及煤体分布不均匀的影响。动态法预测主要通过连续监测电磁辐射、声发射、微震、瓦斯涌出量或瓦斯浓度等信号进行分析预测，与静态法相比优势明显，具有信号连续性好，监测过程对生产影响小等特点。但也有各自的局限性，微震、地音、电磁辐射和瓦斯监测是独立的，对不同环境、影响因素的适应性和敏感性不同，受采掘打钻工艺过程、机电设备及监测传感器移动等干扰不同且比较严重，且无法准确识别。近些年来，煤岩电磁辐射、声波发射(微震、声发射、次声波、超声波等)和瓦斯涌出特性及其应用研究方面取得了较大的进展。研究表明，声波、电磁辐射及瓦斯对煤岩动力灾害有比较好的响应，但并非完全同步，多信号之间具有互补性，三者结合能够更全面反映煤岩体的受力、变形破裂过程、瓦斯赋存及涌出、煤岩动力灾害演化过程，采用临界值法与趋势法相结合能够预警煤岩动力灾害危险。由于受到多信号未能同步高速监测，机电设备、移动传感器及采掘活动等干扰信号未能自动监测与无法自动有效识别，有效信号识别困难，误报率高，使得目前的技术还无法满足矿井和采掘工作面对煤岩动力灾害多手段、准确有效、自动实时监测预警的需要，有效信号识别准确率及预警准确率有待进一步提高。研究表明，声波和电磁信号的突变情况及其特有的频谱特征能够反映机电设备干扰及传感器移动情况，声电瓦斯信号的突变及衰减变化也能反映采掘扰动情况。但如何同步自动监测并准确识别各种有效信号和干扰信号、工艺过程，并根据多指标有效信号的变化趋势自动有效预警煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害危险性，是急待解决的问题。另外，工作面前方的异常区域对安全高效生产影响非常大，是发生煤岩瓦斯动力灾害的主要区域，以前对工作面前方的构造、煤岩瓦斯变化等异常主要通过钻孔探测或地球物理探测的方法来解决，对小的和异常程度较小的区域探测及识别准确率低，对采掘活动影响大，实时性差，如何能够利用监测的手段有效监测和识别构造、高应力、煤厚变化、煤岩体强度变化及瓦斯赋存异常等区域，也是急待解决的问题。
技术实现思路
技术问题：本专利技术是针对需求及现有技术中存在的问题，提供一种煤岩动力灾害声电瓦斯实时自动监测系统及方法，该系统及方法能够对采掘工作面煤岩受载及变形破裂过程、瓦斯涌出过程、工作面前方区域异常、煤岩动力灾害演化过程、措施有效性等进行有效、非接触、连续不间断及远程监测、评价与预警，设备安装及操作方便，自动化和智能化程度高，对生产无影响，费用低。技术方案：本专利技术的目的是这样实现的：本专利技术包括自动监测系统和自动监测方法；煤岩动力灾害声电瓦斯实时自动监测系统，包括声波探头、电磁天线、瓦斯传感器、通信分站、分站电源、光纤网、监测中心机、监测终端机、电流传感器、电压传感器和声电瓦斯同步监测仪；声波探头、电磁天线、电流传感器、电压传感器和瓦斯传感器与声电瓦斯同步监测仪的相应传感器输入接口连接；声电瓦斯同步监测仪的通信接口与通信分站的输入端连接，通信分站通过光纤网、交换机与监测中心机和监测终端机连接；分站电源与声电瓦斯同步监测仪的稳压电路连接；声波探头、电磁天线、瓦斯传感器、电流传感器及电压传感器与声电瓦斯同步监测仪连接构成监测器，多个监测器布置在井下采掘工作面或巷道监测区域内。所述的声电瓦斯同步监测仪包括声波探头接口、电磁天线接口、瓦斯传感器接口、电流传感器接口、电压传感器接口、信号调理器、信号转换电路、微处理器、数据存储器、显示器和通信接口、稳压电路；声波探头接口与声波信号调理器输入端连接，电磁天线接口与电磁信号调理器输入端连接，瓦斯传感器接口、电流传感器接口、电压传感器接口分别与相应信号转换电路连接；信号调理器和信号转换电路的输出端与微处理器输入端连接；通信接口输入端、显示器、键盘和数据存储器均与微处理器的I/O接口连接；微处理器输出端与通信接口连接；稳压电路为声电瓦斯同步监测仪和传感器提供所需直流电源。利用煤岩动力灾害声电瓦斯实时自动监测系统的自动监测方法，在需要监测的测点或工作面安装声波探头、电磁天线、瓦斯传感器，在动力电缆上安装电流传感器和电压传感器，分别接入声电瓦斯同步监测仪的相应传感器输入接口，连接通信分站、分站电源、交换机和监测中心机；声电瓦斯同步监测仪同步接收声波、电磁、瓦斯浓度、电压和电流信号，并将数据实时上传到监测中心机；通过声波、电磁辐射和瓦斯浓度实时信号及波形，能够同步反映工作面前方煤岩体受载、变形破裂、瓦斯渗流涌出情况、信号波形特征、频谱特征及其变化，通过电压信号监测动力电缆通电情况，电流信号监测机电设备工作情况；监测中心机分析各信号变化情况，识别机电设备干扰、采掘活动及探头、天线移设情况和有效信号：当监测的声波、电磁信号发生突变，且声电信号具有机电设备干扰的频谱特征，电压和电流信号也发生突变时，表明声波、电磁信号为机电设备干扰所致；当监测的声波、电磁信号发生突变，声电信号具有人为移设传感器特征频谱，电压和电流信号未发生突变时，表明声波、电磁信号为声波探头和电磁天线移动所致；当声波、电磁和瓦斯信号具有突变增长及稳定衰减变化特征时，表明工作面进行采掘活动；监测得到的声波信号和电磁信号滤除干扰后得到有效声波信号和有效电磁信号；通过有效声波信号和有效电磁信号变化及频谱特征，结合瓦斯信号变化特征预警工作面前方异常区域及煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害危险性：当有效声波、电磁信号和瓦斯信号中两个及以上呈现连续或波动式增长趋势，且信号强度和趋势变化超过区域异常相应临界值时，表明工作面前方为地质异常区域；当有效声波、电磁信号和瓦斯信号中两个及以上呈现连续、波动式增长趋势，且信号强度或趋势变化超过动力灾害危险相应临界值时，表明有动力灾害危险性。有益效果与优点：能够全过程监测工作面各种信号——声电瓦斯信号，自动识别有效和干扰信号，并根据声电瓦斯有效信号变化趋势自动识别工作面前方异常区域、预警煤岩动力灾害的危险性。实现了声电瓦斯信号的一体化自动监测，保证了有效信号监测的同步性；通过接入电压传感器监测电缆通电情况，接入电流传感器监测机电设备工作情况，实现了监测区域内机电设备的带电及工作情况，实现了电磁及声波等各种干扰的自动实时监测；通过声波和电磁信号突变特征、频谱特征，结合电压、电流监测结果，实现了自动识别干扰信号、探头及天线移动情况；通过监测、滤波和数据分析能够得到了有效声波信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤岩动力灾害声电瓦斯实时自动监测系统，其特征在于：包括声波探头、电磁天线、瓦斯传感器、通信分站、分站电源、光纤网、监测中心机、监测终端机、声电瓦斯同步监测仪、电流传感器和电压传感器；声波探头、电磁天线、电流传感器、电压传感器和瓦斯传感器与声电瓦斯同步监测仪的相应传感器输入接口连接；声电瓦斯同步监测仪的通信接口与通信分站的输入端连接，通信分站通过交换机、光纤网与监测中心机和监测终端机连接；分站电源与声电瓦斯同步监测仪的的稳压电路连接；声波探头、电磁天线、瓦斯传感器、电流传感器及电压传感器与声电瓦斯同步监测仪连接构成监测器，多个监测器布置在井下采掘工作面或巷道监测区域内。

【技术特征摘要】
1.一种煤岩动力灾害声电瓦斯实时自动监测系统，其特征在于：包括声波探头、电磁天线、瓦斯传感器、通信分站、分站电源、光纤网、监测中心机、监测终端机、声电瓦斯同步监测仪、电流传感器和电压传感器；声波探头、电磁天线、电流传感器、电压传感器和瓦斯传感器与声电瓦斯同步监测仪的相应传感器输入接口连接；声电瓦斯同步监测仪的通信接口与通信分站的输入端连接，通信分站通过交换机、光纤网与监测中心机和监测终端机连接；分站电源与声电瓦斯同步监测仪的的稳压电路连接；声波探头、电磁天线、瓦斯传感器、电流传感器及电压传感器与声电瓦斯同步监测仪连接构成监测器，多个监测器布置在井下采掘工作面或巷道监测区域内。2.根据权利要求1所述的煤岩动力灾害声电瓦斯实时自动监测系统，其特征在于：所述的声电瓦斯同步监测仪包括声波探头接口、电磁天线接口、瓦斯传感器接口、电流传感器接口、电压传感器接口、信号调理器、信号转换电路、微处理器、数据存储器、显示器和通信接口、稳压电路；声波探头接口与声波信号调理器输入端连接，电磁天线接口与电磁信号调理器输入端连接，瓦斯传感器接口、电流传感器接口、电压传感器接口分别与相应信号转换电路连接；信号调理器和信号转换电路的输出端与微处理器输入端连接；通信接口输入端、显示器、键盘和数据存储器均与微处理器的I/O接口连接；微处理器输出端与通信接口连接；稳压电路为声电瓦斯同步监测仪和传感器提供所需直流电源。3.一种利用权利要求1所述煤岩动力灾害声电瓦斯实时自动监测系统的自动监测方法，其特征在于：在需要监测的测点或工作面安装声波探头、电磁天线、瓦斯传感器，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：王恩元，李忠辉，陈世海，何学秋，欧建春，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32