[實(shí)用新型]基于聲發(fā)射的礦井動(dòng)力災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200720187838.1
• 申請(qǐng)日: 2007-09-29
• 公開（公告）號(hào): CN201078243Y
• 公開（公告）日: 2008-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 文光才;趙旭生;鄒銀輝;劉勝;李柏均;楊娟;董國偉;張慶華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 煤炭科學(xué)研究總院重慶分院
• 主分類號(hào): E21F17/18
• 分類號(hào): E21F17/18;G08B21/10
• 代理公司: 重慶華科專利事務(wù)所
• 代理人: 徐先祿

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及聲發(fā)射數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，具體涉及基于聲發(fā)射的礦井動(dòng)力災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

礦井動(dòng)力災(zāi)害包括煤(巖石)與瓦斯突出、沖擊地壓、頂板大面積突然來壓等，這些動(dòng)力災(zāi)害的發(fā)生都有一個(gè)從量變到質(zhì)變的準(zhǔn)備過程，即煤巖從微小破裂到破壞的過程。煤巖體發(fā)生變形或破裂時(shí)，以彈性波的形式釋放出積蓄起來的應(yīng)變能，這種現(xiàn)象稱為聲發(fā)射。因此，可以利用聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)對(duì)煤巖體破裂過程的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。如CN2724019Y授權(quán)公告的名稱為“一種基于聲發(fā)射的地震、滑坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”的實(shí)用新型專利。該系統(tǒng)由多個(gè)三維震動(dòng)傳感器和與其數(shù)量相同的數(shù)據(jù)處理器分別對(duì)應(yīng)連接，這些數(shù)據(jù)處理器經(jīng)轉(zhuǎn)換模塊與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)連接；能準(zhǔn)確采集、處理地震震源與山體滑坡前兆的數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，可提前發(fā)出預(yù)警報(bào)告，保護(hù)礦山安全，避免重大人身傷亡事故發(fā)生。中國煤炭系統(tǒng)從“七五”期間開始研究開發(fā)聲發(fā)射傳感器和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以前煤炭系統(tǒng)內(nèi)開發(fā)的聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)多為參數(shù)型聲發(fā)射系統(tǒng)，不能采集原始全波形聲發(fā)射數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)處理能力較小。該系統(tǒng)在中國的南桐、平頂山等礦區(qū)應(yīng)用于煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)，取得了較好的效果。但是該系統(tǒng)不易推廣應(yīng)用。主要問題是：需要和已有的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)匹配才能使用，而已有的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)型號(hào)眾多，且數(shù)據(jù)模式各不相同，處理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)分析軟件也各不相同。由于礦井井下環(huán)境條件十分復(fù)雜，不同的礦井、不同的作業(yè)場(chǎng)所、不同的作業(yè)工序、不同的動(dòng)力災(zāi)害其聲發(fā)射特征、噪音信號(hào)特征和水平、聲發(fā)射參數(shù)臨界值等可能不同，需要針對(duì)不同條件研究其聲發(fā)射或噪音信號(hào)特征，以便適當(dāng)調(diào)整有關(guān)參數(shù)和處理方法，方能提高聲發(fā)射預(yù)測(cè)的針對(duì)性和準(zhǔn)確性。應(yīng)用條件要求嚴(yán)格，這是生產(chǎn)礦井難以接受的。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是提供一種基于聲發(fā)射的礦井動(dòng)力災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它既可單獨(dú)使用，又可與任何環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)掛靠，預(yù)測(cè)的針對(duì)性強(qiáng)、準(zhǔn)確性高。

在對(duì)采集的AE數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)處理主要包括信號(hào)濾噪、AE聲發(fā)射指標(biāo)統(tǒng)計(jì)、危險(xiǎn)判識(shí)等三大部分：

一、信號(hào)濾噪

煤礦環(huán)境非常復(fù)雜，噪聲源很多，進(jìn)行噪聲信號(hào)的濾除和有效AE信號(hào)的提取是決定聲發(fā)射技術(shù)能否在煤礦成功應(yīng)用的關(guān)鍵。首先對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行了分類，主要包括機(jī)械作業(yè)噪聲、電氣噪聲和人工作業(yè)噪聲三大部分。其中，機(jī)械噪音信號(hào)振幅小、平穩(wěn)，有明顯的周期性、包絡(luò)線很平或近水平。如采煤機(jī)開動(dòng)后引起的振動(dòng)，這種機(jī)械造成的干擾噪音有時(shí)也會(huì)有振幅較大的情形，但大部分情況下振幅較小且平穩(wěn)；電氣噪音信號(hào)有的振幅較大(如瞬間出現(xiàn)的電脈沖干擾，其特點(diǎn)是延時(shí)較短，但振幅較高)，有的比較平穩(wěn)(如穩(wěn)定的交流干擾(50HZ))；人工作業(yè)噪聲如敲幫問頂、支護(hù)支架產(chǎn)生的信號(hào)與巖石破壞時(shí)產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)十分相似。

針對(duì)噪聲信號(hào)的特點(diǎn)，采取相應(yīng)的噪聲濾除技術(shù)，通過各種濾噪技術(shù)組合形成一套綜合濾噪模式和技術(shù)。首先是阻止噪聲信號(hào)進(jìn)入采集系統(tǒng)，如利用松動(dòng)圈理論確定傳感器安設(shè)位置、根據(jù)波傳播規(guī)律確定探桿安裝方位、采取相應(yīng)的隔音措施(波導(dǎo)桿、傳感器外加棉紗等隔音材料)、探頭盡量布置在遠(yuǎn)離干擾源的地方、避開頂板破碎帶、采用帶屏蔽層的信號(hào)電纜、采用相應(yīng)措施防止通道間交叉干擾、電纜遠(yuǎn)離動(dòng)力電纜、避開作業(yè)時(shí)間等。其次，采用頻率鑒別、幅值鑒別等方法進(jìn)行有效信號(hào)鑒別，提取有效信號(hào)，各鑒別方法分述如下：

二、頻率鑒別

通過帶通濾波和帶阻濾波的組合，抑制噪聲信號(hào)，提高信噪比。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況與巖體類型及其結(jié)構(gòu)的差異，聲發(fā)射的頻率分布也有所差異，實(shí)際的聲發(fā)射頻率有一個(gè)主頻范圍(一般在幾十到數(shù)千赫茲)，高于某一頻率或低于某一頻率認(rèn)為是無效信號(hào)。在儀器硬件中設(shè)計(jì)相應(yīng)的濾波器，采用帶通濾波(高、低通濾波組合)，保留有效的AE聲發(fā)射主頻范圍內(nèi)的信號(hào)，有效地抑制了聲發(fā)射頻率范圍以外的雜波信號(hào)，提高信噪比。

許多機(jī)械噪聲有較固定的頻率范圍，根據(jù)相關(guān)資料介紹，風(fēng)鎬作業(yè)時(shí)AE頻譜主頻約為800Hz，在三維頻譜圖上沿時(shí)間軸幾乎無變化；風(fēng)煤鉆AE頻譜較窄；大直徑鉆機(jī)主頻大約在100～200Hz。根據(jù)這些噪聲信號(hào)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的帶阻濾波器，采用帶阻濾波，抑制部分規(guī)律性噪聲信號(hào)。