一种用于煤矿复合灾害预警的震动场监测系统技术方案

本申请提出一种用于煤矿复合灾害预警的震动场监测系统，所述系统包括：矿震仪、钻孔采集模块、井下采集模块和服务显示模块；所述矿震仪包括：安装在煤矿地面上的三分量低频矿震传感器；所述钻孔采集模块包括：安装在钻孔中的第一微震传感器；所述井下采集模块包括：安装在井下的第二微震传感器、地音传感器和多功能微震传感器。本申请提出的技术方案，解决了煤矿复合灾害监测中对不同类型灾害关注的震动信号，能量、频率、事件判断标准不统一的难题，采用同一标准结合设备的安装方式和安装位置，处理矿震、微震、地音等不同类型的震动信号，提高了系统的监测精度。提高了系统的监测精度。提高了系统的监测精度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于煤矿复合灾害预警的震动场监测系统


[0001]本申请涉及煤矿震动监测领域，尤其涉及一种用于煤矿复合灾害预警的震动场监测系统。

技术介绍

[0002]微震监测技术在矿山上的应用已有很多年的历史。1908年德国采用维歇尔特水平地震仪在Ruhr煤田建立了世界上第一个矿山观测台站。紧接着，美国、南非、波兰、加拿大、澳大利亚等国相继开展微震系统的研制，美国的L.Obert最先将声发射监测技术用于煤岩体稳定性评价，波兰的SYLOK微震和SAK地音监测系统最先被用来监测采掘工作面和矿井区域的微震活动，捷克通过一体化的国家微震网络实现对全国六个主要矿井的微震监测，英国应用24位便携式微震记录仪对长壁工作面开采进行微震监测，并成功捕捉到煤柱应力超载的征兆，南非全功能一体化微震监测系统可实现局部、区域、全国三级系统的相互连通，澳大利亚联邦科学工业研究院采矿局先后在13个矿区进行试验，在煤矿岩体破裂监测方面取得大量成果，加拿大的ADASLS系统可识别波的类型，实现了既定时间内的信号完整分析处理。我国在对波兰微震监测系统引进改装后，1990年WDJ
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1型微震定位系统和DJ
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1型地音监测系统相继问世。研制的STL
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12型微震监测系统在对铜陵冬瓜山岩爆监测中因无法有效识别信号及去噪，应用受到限制。姜福兴同CSIRO合作，研制了国内首套用于井下实时监测煤岩体破裂灾变，可实现区内集中、区间分布式布置的BMS微震监测系统，窦林名引进波兰SOS微震监测系统实现了定位误差水平方向小于20m，竖直方向小于50m的精度，潘一山等开发研制出矿区千米尺度破坏性的矿震监测定位系统。
[0003]但目前震动场监测尤其在煤矿复合灾害监测领域仍然存在以下几个问题：（1）由于复合灾害震动信号的频率范围广，采矿过程中根据各类灾害监测的需要将震动信号分为矿震、微震和地音三类。矿震是采矿诱发的地震，频率范围在100Hz以下，微震又称微地震，频率相对较高，可达几百赫兹，频率范围一般在150Hz以下，地音信号一般是采场周围微弱岩石破裂产生的震动信号，频率较高，可达上千赫兹，传统的矿震、微震、地音监测系统受制于传感器、数据采集器以及数据采集软件的能量，很难实现不同类型信号的集中采集，导致同一矿井为实现不同灾害的监测往往需要安装多套震动场监测设备，甚至同一灾害为实现不同的监测场景也需要安装两套甚至三套震动场监测设备。（2）矿震、微震、地音等震动信号因能量大小不一、主频不一，信号传播的距离不同，不同传感器安装、布置方式不一致，一套传统的震动监测系统难以兼顾不同类型震动信号的采集。（3）使用微震监测方法开展矿井导水通道监测对系统定位精度的要求较高，但井下有效空间限制了设备的布置，尤其在Z方向上存在定位精度低的问题。因此，亟需提出一种可以集中采集震动场的多种信号且定位精度较高的方案。

技术实现思路

[0004]本申请提供矿山钻孔救援用的生命探测系统及方法，以至少解决不可以集中采集
震动场的多种信号且定位精度较低的技术问题。
[0005]本申请第一方面实施例提出一种用于煤矿复合灾害预警的震动场监测系统，包括：矿震仪、钻孔采集模块、井下采集模块和服务显示模块；所述矿震仪包括：安装在煤矿地面上的三分量低频矿震传感器，所述三分量低频矿震传感器，用于在煤矿地面上采集井下发生的大能量微震信号、矿震信号；其中所述大能量为1万焦耳；所述钻孔采集模块包括：安装在钻孔中的第一微震传感器，所述第一微震传感器，用于采集钻孔中的震动信号；所述井下采集模块包括：安装在井下的第二微震传感器、地音传感器和多功能微震传感器；所述第二微震传感器，用于采集所述第二微震传感器所在位置处的井下震动信号；所述地音传感器，用于采集所述地音传感器所在位置处的井下地音信号；所述多功能微震传感器，用于采集所述多功能微震传感器所在位置处的井下震动信号，并将所述第二微震传感器所在位置处的井下震动信号、所述地音传感器所在位置处的井下地音信号和所述多功能微震传感器所在位置处的井下震动信号发送到所述服务显示模块；所述服务显示模块，用于向所述矿震仪、所述钻孔采集模块、所述井下采集模块提供授时、网络服务；所述服务显示模块，还用于实时显示所述大能量微震信号、所述矿震信号、所述钻孔中的震动信号、所述井下震动信号和所述井下地音信号；所述服务显示模块，还用于基于所述大能量微震信号、所述矿震信号、所述钻孔中的震动信号、所述井下震动信号和所述井下地音信号对煤矿采掘工作面进行实时分析监测。
[0006]优选的，所述服务显示模块包括：授时卫星、网络时间服务器、地面数据采集服务器、交换机、客户端和4G/5G基站；所述授时卫星，用于向所述矿震仪和所述钻孔采集模块提供授时的卫星信号时间源；所述网络时间服务器，同于向所述井下采集模块提供授时的网络信号时间源；所述地面数据采集服务器，用于接收所述矿震仪、所述钻孔采集模块、所述井下采集模块发送的所述大能量微震信号、所述矿震信号、所述钻孔中的震动信号、所述井下震动信号和所述井下地音信号；所述交换机，用于基于IEE1588协议实现网络授时；所述客户端，用于显示所述大能量微震信号、所述矿震信号、所述钻孔中的震动信号、所述井下震动信号和所述井下地音信号；所述客户端，还用于对所述大能量微震信号、所述矿震信号、所述钻孔中的震动信号、所述井下震动信号和所述井下地音信号进行分析，判断是否发生煤矿灾害及灾害类型；所述4G/5G基站，用于向所述矿震仪、所述钻孔采集模块、所述井下采集模块提供网络。
[0007]进一步的，所述矿震仪还包括：第一数据采集单元、第一数据收发单元、第一授时天线和第一授时模块；所述第一数据采集单元，用于采集所述三分量低频矿震传感器上的所述大能量微
震信号、所述矿震信号；所述第一数据收发单元，用于将所述大能量微震信号、所述矿震信号发送到所述地面数据采集服务器；所述第一授时天线，用于接收所述授时卫星发送的卫星信号时间源；所述第一授时模块，用于基于所述卫星信号时间源向所述第一数据采集单元提供时间信息。
[0008]进一步的，所述矿震仪还包括：第一避雷针、第一太阳能板、第一蓄电池供电控制单元；所述第一太阳能板，用于将光能转换为电能，然后将所述电能输送到所述第一蓄电池供电控制单元；所述第一蓄电池供电控制单元，用于向所述三分量低频矿震传感器、所述第一数据采集单元、第一数据收发单元、第一授时天线和第一授时模块提供电能。
[0009]优选的，所述震动场监测系统还包括：基桩；所述矿震仪通过所述基桩安装在煤矿地面上。
[0010]进一步的，所述钻孔采集模块还包括：钻孔用地面采集仪和第一信号传输电缆；所述钻孔用地面采集仪，用于通过所述第一信号传输电缆采集所述第一微震传感器采集到的钻孔中的震动信号，并将所述钻孔中的震动信号发送到所述地面数据采集服务器；其中，所述钻孔用地面采集仪包括：第二数据采集单元、第二数据收发单元、第二授时天线、第二授时模块、第二避雷针、第二太阳能板、第二蓄电池供电控制单元。
[0011]进一步的，所述井下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于煤矿复合灾害预警的震动场监测系统，其特征在于，包括：矿震仪、钻孔采集模块、井下采集模块和服务显示模块；所述矿震仪包括：安装在煤矿地面上的三分量低频矿震传感器，所述三分量低频矿震传感器，用于在煤矿地面上采集井下发生的大能量微震信号、矿震信号；其中所述大能量为1万焦耳；所述钻孔采集模块包括：安装在钻孔中的第一微震传感器，所述第一微震传感器，用于采集钻孔中的震动信号；所述井下采集模块包括：安装在井下的第二微震传感器、地音传感器和多功能微震传感器；所述第二微震传感器，用于采集所述第二微震传感器所在位置处的井下震动信号；所述地音传感器，用于采集所述地音传感器所在位置处的井下地音信号；所述多功能微震传感器，用于采集所述多功能微震传感器所在位置处的井下震动信号，并将所述第二微震传感器所在位置处的井下震动信号、所述地音传感器所在位置处的井下地音信号和所述多功能微震传感器所在位置处的井下震动信号发送到所述服务显示模块；所述服务显示模块，用于向所述矿震仪、所述钻孔采集模块、所述井下采集模块提供授时、网络服务；所述服务显示模块，还用于实时显示所述大能量微震信号、所述矿震信号、所述钻孔中的震动信号、所述井下震动信号和所述井下地音信号；所述服务显示模块，还用于基于所述大能量微震信号、所述矿震信号、所述钻孔中的震动信号、所述井下震动信号和所述井下地音信号对煤矿采掘工作面进行实时分析监测。2.如权利要求1所述的震动场监测系统，其特征在于，所述服务显示模块包括：授时卫星、网络时间服务器、地面数据采集服务器、交换机、客户端和4G/5G基站；所述授时卫星，用于向所述矿震仪和所述钻孔采集模块提供授时的卫星信号时间源；所述网络时间服务器，同于向所述井下采集模块提供授时的网络信号时间源；所述地面数据采集服务器，用于接收所述矿震仪、所述钻孔采集模块、所述井下采集模块发送的所述大能量微震信号、所述矿震信号、所述钻孔中的震动信号、所述井下震动信号和所述井下地音信号；所述交换机，用于基于IEE1588协议实现网络授时；所述客户端，用于显示所述大能量微震信号、所述矿震信号、所述钻孔中的震动信号、所述井下震动信号和所述井下地音信号；所述客户端，还用于对所述大能量微震信号、所述矿震信号、所述钻孔中的震动信号、所述井下震动信号和所述井下地音信号进行分析，判断是否发生煤矿灾害及灾害类型；所述4G/5G基站，用于向所述矿震仪、所述钻孔采集模块、所述井下采集模块提供网络。3.如权利要求2所述的震动场监测系统，其特征在于，所述矿震仪还包括：第一数据采集单元、第一数据收发单元、第一授时天线和第一授时模块；所述第一数据采集单元，用于采集所述三分量低频矿震传感器上的所述大能量微震信号、所述矿震信号；所述第一数据收发单元，用于将所述大能量微震信号、所述矿震信号发送到所述地面数据采集服务器；所述第一授时天线，用于接收所述授时卫星发送的卫星信号时间源；
所述第一授时模块，用于基于所述卫星信号时间源向所述第一数据采集单元提供时间信息。4.如权利要求3所述的震动场监测系统，其特征在于，所述矿震仪还包括：第一避雷针、第一太阳能板、第一蓄电池供电控制单元；所述第一太阳能板，用于将光能转换为电能，然后将所述电能输送到所述第一蓄电池供电控制单元；所述第一蓄电池供电控制单元，用于向所述三分量低频矿震传感器、所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宏杰，秦凯，叶锦娇，邓志刚，赵善坤，安赛，王彦斌，
申请(专利权)人：煤炭科学技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：