[實(shí)用新型]基于陣列光纖傳感器的巖層識別裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201020546859.X
• 申請日: 2010-09-29
• 公開（公告）號: CN201837728U
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬昕;常軍
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: G01V1/00
• 分類號: G01V1/00;G01H9/00;E21F17/18
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種基于陣列光纖傳感器的巖層識別裝置。?

背景技術(shù)

中國是多礦國家，伴隨著眾多礦山資源的開采，礦山地質(zhì)災(zāi)害造成的影響也也來越引起人們的關(guān)注。我國礦山地質(zhì)災(zāi)害具有種類多，分布廣，影響大，潛在災(zāi)害隱患突出，災(zāi)害的形式多種多樣，危害十分嚴(yán)重。其中，因礦山開采而誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害占較大比例，近年來有加劇趨勢。開采過程中常會引發(fā)采空塌陷、礦坑突水，這些災(zāi)害的存在嚴(yán)重制約著礦山企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營，威脅著廣大礦山職工的生命安全。如何有效地進(jìn)行預(yù)測是當(dāng)前礦山安全研究中重要的課題。?

采空塌陷、頂板垮落、礦坑突水等危害與巖層物理性狀關(guān)系密切。在各種礦山開采活動中，由于采掘活動會引發(fā)高應(yīng)力集中，造成采掘空間周圍巖層的震動、破裂和突然卸壓，并且會伴隨一系列具有動力特征的聲發(fā)射及微震現(xiàn)象，可以認(rèn)為上述動力現(xiàn)象是巖層結(jié)構(gòu)破壞和裂隙擴(kuò)展或?yàn)?zāi)害性事故的前兆信號。當(dāng)災(zāi)害發(fā)生之前，巖體如能有效地得到巖層信息，并能對巖層信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，將極有利于災(zāi)害的預(yù)防與控制。?

采用光纖光柵式振動傳感器具有成本低、靈敏度高，探頭及傳輸線不帶電，本質(zhì)安全等優(yōu)點(diǎn)，并且易于大規(guī)模布置探頭并進(jìn)行遠(yuǎn)程集中監(jiān)控。但巖層的形式多種多樣，而地表的條件和地下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)卻千變?nèi)f化，并且不同類別的巖層土壤相互聯(lián)接，無明顯邊界區(qū)分，并且有些地方易于測量，而多數(shù)位置難以用儀器測量，只能采取一定方式進(jìn)行推測，隱馬爾可夫模型(Hidden?Markov?Model，HMM)就是用已知物質(zhì)的局部時(shí)不變特性來估測物體整體的時(shí)變的特性的一種行之有效的方法，是一種具有較強(qiáng)的時(shí)間序列建模能力的信號模式處理工具，在語音處理中獲得了廣泛應(yīng)用，特別適合于非線性、重復(fù)再現(xiàn)性不佳的信號的分析。?

而傳感器接收到的振動信號可認(rèn)為是由震源子波經(jīng)過通道濾波后的結(jié)果，因此采用連續(xù)隱馬爾可夫模型CHMM(Continuous?Hidden?Markov?Model)通過對聲波信號有效的建模，可以利用已知地形地貌分析得到的巖層特性去預(yù)測、分析綜合與識別未知地形地貌的巖層信息。?

目前常用的巖層識別方法有1地質(zhì)雷達(dá)及其探測技術(shù)，2無線電波透視及其探測技術(shù)，3超聲波、基樁動測及其檢測技術(shù)，4高密度直流電法測量技術(shù)。以上方法的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟，但一般不能多點(diǎn)同時(shí)測量，并且無法長期連續(xù)的進(jìn)行測量。?

1.地質(zhì)雷達(dá)及其探測技術(shù)?

地質(zhì)雷達(dá)及其探測技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域：地質(zhì)雷達(dá)在考古、市政建設(shè)、建筑、鐵路、公路、水利、電力、采礦、航空等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。地質(zhì)雷達(dá)最早用于工程場地勘查：解決覆蓋層厚度、松軟層厚度及分布、基巖風(fēng)化層界面及分布、基巖節(jié)理和斷裂帶、地下水分布、普查場地地下溶洞、空洞、塌陷區(qū)、地下人工洞室、地下排污巷道、地下排污管道及地下管線等，在回填等松軟層上，探查深度可達(dá)20m以上，在致密或基巖上探查深度可達(dá)30m以上；工程質(zhì)量檢測及病害診斷：近年來，國內(nèi)外鐵路公路等地下隧道、公路及城市道路路面、機(jī)場跑道、高切坡?lián)鯄Φ戎匾こ添?xiàng)目的工程質(zhì)量檢測及病害診斷中，廣泛采用雷達(dá)技術(shù)。主要檢測襯砌厚度、破損、裂隙、脫空、空洞、滲漏帶、回填欠密實(shí)區(qū)、圍巖擾動等，路面及跑道各層厚度、破損情況，混凝土構(gòu)件中的空洞、裂隙及鋼筋分布等，檢測精度可達(dá)毫米級；地下埋設(shè)物與考古探察：考古是地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用較早的領(lǐng)域，探測古建筑基礎(chǔ)、地下洞室、金屬物品等，在城市改造中用雷達(dá)可探測地下埋設(shè)物，如電力管網(wǎng)、輸水管道、排污管道、輸汽管網(wǎng)、通訊管網(wǎng)等；隧道超前跟蹤探測及預(yù)報(bào)：地質(zhì)雷達(dá)可預(yù)測前方50m范圍內(nèi)的斷層、溶洞、裂隙帶、含水帶等地質(zhì)構(gòu)造；地質(zhì)雷達(dá)在礦井中的探測應(yīng)用：我國煤礦及金屬礦山很多，煤礦及金屬礦山地質(zhì)構(gòu)造相當(dāng)復(fù)雜，地質(zhì)雷達(dá)已開始用于礦山井下，在礦井可用在掘進(jìn)頭前方超前探測及預(yù)測、巷道頂?shù)装寮皟砂钐綔y，主要用來探測斷層、陷落柱、溶洞，裂隙帶、采空區(qū)、含水帶、煤厚、頂?shù)装濉⑼咚雇怀鑫ｋU(xiǎn)帶、金屬富礦帶等。技術(shù)特點(diǎn)：由防爆工業(yè)控制機(jī)、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、系列天線、采集和處理軟件、高速通訊線纜等組成。可超前探測50米范圍內(nèi)的斷層，陷落柱，含水帶等地質(zhì)構(gòu)造。工作方法多樣靈活，可全方位探測。儀器輕巧、操作方便，實(shí)時(shí)顯示測量剖面。資料處理軟件操作簡單，測量結(jié)果直觀，易于解釋。?

2無線電波透視及其探測技術(shù)?