[發明專利]一種基于光纖光柵加速度傳感器的微震監測系統及安裝和監測方法

在審

• 申請號: 201710561355.1
• 申請日: 2017-07-11
• 公開（公告）號: CN107356957A
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 方新秋;陳寧寧;梁敏富;薛廣哲;吳剛
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01V1/00
• 分類號: G01V1/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種微震監測系統及安裝和監測方法，尤其適用于一種礦井安全監測使用的基于光纖光柵加速度傳感器的微震監測系統及安裝和監測方法。

背景技術

在我國，煤炭一直是居主要支配地位的能源礦產，但是，煤炭資源開采帶來的礦山災害、工程及環境損傷也是無法回避的現實問題。隨著我國礦井開采規模和深度的逐年增加，以沖擊礦壓、礦震、突水、頂板大面積垮落、熱害為代表的深部開采誘發的災害事故更具突發性和破壞性。其中，沖擊礦壓作為采礦活動誘發的破壞性礦震，以其突然、急劇、猛烈的破壞特征嚴重威脅著礦山的安全生產，并給我國煤礦造成了巨大的經濟損失和人員傷亡。更危險的是，礦震的發生還可能誘發煤與瓦斯突出、瓦斯爆炸、頂板事故等其它重大井下惡性事故。甚至，較強烈的礦震還會引起地表強烈震感或地面建筑物的嚴重破壞。

為了避免或者減小礦山災害，有必要準確監測礦山壓力、微震等活動規律，并依據這些規律預測可能存在的安全隱患或者采取科學的預先處理措施。目前，國外主要采礦國家波蘭、南非、加拿大等，均已普遍建立國家礦山微震監測臺網，如波蘭的SOS微震監測系統和基于地音聲發射的ARESIE微震監測系統，南非基于聲發射的ISS微震監測系統，加拿大基于聲發射的ESG微震監測系統等等；國內近幾年來也開始陸續通過引進、自主研發適合于不同研究目的和監測尺度的微震監測系統用于沖擊礦壓、礦震、煤與瓦斯突出等礦井動力災害的監測和預警。如北京安科興業科技有限公司基于聲發射的KJ551微震監測系統和北京欣林公司基于礦震的KZ-1監測系統。

這些微震監測系統雖然得到實際應用并取得一定成果，但是它們接收震動信號的傳感器處理的全部是電信號，在礦井下強電、磁等復雜環境中，難免參雜其它干擾，為后期的數據處理增加難度。

發明內容

技術問題：本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種本質安全、抗電磁干擾能力強、受環境影響小、靈敏性好、測量精度高、能夠感知微震信號、可繪制信號波形圖，確定震源位置、大小和發生時刻的基于光纖光柵加速度傳感器的微震監測系統及安裝和監測方法。

技術方案：為實現上述技術目的，本發明的基于光纖光柵加速度傳感器的微震監測系統，包括順序相連的數據管理與存儲子系統、數據采集與傳輸子系統和傳感子系統，數據管理與存儲子系統與數據采集與傳輸子系統之間通過礦用電纜相連接，數據采集與傳輸子系統與傳感子系統之間通過礦用多芯傳輸光纜相連接；

所述數據管理與存儲子系統包括監測服務器，監測服務器的輸入端分別與多臺客戶端計算機的輸出端相連接，監測服務器的輸出端與數據接收計算機的輸入端相連接；監測服務器用于存儲監測數據，客戶端計算機用于調用存儲的監測數據；

所述數據采集與傳輸子系統為光纖光柵動態解調儀；

所述傳感子系統包括多個傳感器網絡裝置，所述傳感器網絡裝置包括光纖光柵加速度傳感器，光纖光柵加速度傳感器通過光纖尾纖連接有光纖接線盒。

所述的光纖光柵加速度傳感器的安裝位置為廢棄的井筒巖層、地面鉆孔、水平大巷頂板煤巖層、上山頂板煤巖層、本工作面前方或后方采區平巷頂板煤巖層、相鄰工作面采區平巷頂板煤巖層等，形成三維空間微震監測臺網，對全礦井或重點區域實行24h實時在線監測。

所述安裝方法包括不回收光纖光柵加速度傳感器長期監測安裝方法和回收光纖光柵加速度傳感器移動監測安裝方法；

所述不回收光纖光柵加速度傳感器長期監測安裝方法為：

a1.用直徑32～38mm的鉆頭在巷道頂板鉆出一小孔，小孔的鉆孔深度3～5m，傾角大于60°；

a2.在巷道中巷道頂板中間位置安設光纖接線盒，光纖光柵加速度傳感器通過光纖尾纖與光纖接線盒連接；

a3.使用安裝桿推動光纖光柵加速度傳感器至小孔的端頭，并噴混凝土使光纖光柵加速度傳感器與巖體密切耦合。

所述回收光纖光柵加速度傳感器移動監測安裝方法為：

b1.在巷道中巷道頂板中間位置安設光纖接線盒，將光纖光柵加速度傳感器通過光纖尾纖與光纖接線盒連接；

b2.將光纖光柵加速度傳感器固定在錨桿端部，通過錨桿樹脂將光纖光柵加速度傳感器的接收信號端與煤壁或巖壁黏合，其中每三只光纖光柵加速度傳感器分別在巷道頂板的左、中、右對稱布置，構成一個測站，多個測站形成監測區間，搜集區間內震動信號，纖光柵加速度傳感器上設有硬塑料套筒，防止頂板淋水浸濕或覆蓋灰塵。

一種基于光纖光柵加速度傳感器的微震監測方法，其步驟如下：