自震式微震監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】自震式微震監(jiān)測系統(tǒng)，包括地面中心站，控制主機，網(wǎng)絡(luò)交換機，監(jiān)測分站，拾振器和自震震源；地面中心站與控制主機網(wǎng)線連接，同時中心站與若干網(wǎng)絡(luò)交換機光纖連接，網(wǎng)絡(luò)交換機與若干監(jiān)測分站光纖連接，監(jiān)測分站與若干拾振器電纜連接。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、易于操作，震動數(shù)據(jù)計算精度高，便于大范圍、長期和危險條件下的監(jiān)測。
【專利說明】自震式微震監(jiān)測系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種微震監(jiān)測系統(tǒng)，特別是一種自震式微震監(jiān)測系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]礦井沖擊地壓災(zāi)害的發(fā)生與煤礦采動影響直接相關(guān)，為預(yù)測預(yù)防礦井沖擊地壓等災(zāi)害的發(fā)生，煤礦企業(yè)對煤礦采動影響進行持續(xù)不斷的監(jiān)測成為必然。目前煤礦企業(yè)采用的監(jiān)測手段多種多樣，但最主要的是微震監(jiān)測。煤礦企業(yè)通過在礦井內(nèi)安裝微震系統(tǒng)，來監(jiān)測煤巖體在采動影響下形成的微震波的頻率和幅度，達到預(yù)測預(yù)防沖擊地壓等災(zāi)害發(fā)生的目的。
[0003]但現(xiàn)有微震監(jiān)測技術(shù)一般都是基于P波在各向同性的均勻介質(zhì)中保持傳播速度不變的假設(shè)而發(fā)展的定位技術(shù)。眾所周知，煤巖體是一種本身就帶有節(jié)理、裂隙的非均質(zhì)材料，而且在采動影響作用下還會受力破壞，其非連續(xù)非均質(zhì)程度還會增加，固定波速計算的方法，顯然與煤巖體本質(zhì)屬性不相符合，因而現(xiàn)有微震監(jiān)測技術(shù)在預(yù)測預(yù)防沖擊地壓等災(zāi)害發(fā)生方面準確性還有待提高。
[0004]綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中還沒有一種能夠考慮煤巖體介質(zhì)屬性，解決P波波速不固定問題的微震監(jiān)測方法及監(jiān)測系統(tǒng)。
實用新型內(nèi)容
[0005]在現(xiàn)有微震監(jiān)測方法中，在執(zhí)行定位算法時，P波在煤巖體中傳播速度被假設(shè)為保持不變，本實用新型突破這一假設(shè)，真實科學(xué)的將煤巖體作為一種非連續(xù)非均勻的介質(zhì)來考慮。本實用新型提供的技術(shù)方案是在科研人員深入研究煤巖體在外載荷作用下由連續(xù)到不連續(xù)直至破壞過程中微震波速特性和反演規(guī)律基礎(chǔ)之上獲得的，P波速度特征更符合煤巖體中介質(zhì)屬性。
[0006]本實用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0007]自震式微震監(jiān)測系統(tǒng)，包括地面中心站，控制主機，網(wǎng)絡(luò)交換機，監(jiān)測分站，拾振器和自震震源；所述地面中心站用于接收從所述網(wǎng)絡(luò)交換機傳來的數(shù)據(jù)并實時存儲；所述控制主機用于預(yù)設(shè)和修改監(jiān)測指標相關(guān)參數(shù)，接收所述地面中心站傳來的數(shù)據(jù)并進行預(yù)處理和分析；所述網(wǎng)絡(luò)交換機用于將井上發(fā)出的指令傳輸給井下，將井下采集的數(shù)據(jù)傳輸給井上；所述監(jiān)測分站用于對輸入信號采集和判別，對信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，信號放大及消除疊力口，并自動識別滿足預(yù)設(shè)參數(shù)的信號；所述拾振器用于拾取煤巖體自然破裂信號和所述自震震源發(fā)出的信號傳輸給所述監(jiān)測分站；所述自震震源用于產(chǎn)生人工P波，對自然破裂信號產(chǎn)生的P波波速進行校準，對布置在不同區(qū)域的所述拾振器賦予相應(yīng)的P波波速值；所述地面中心站與所述控制主機網(wǎng)線連接，同時中心站與若干所述網(wǎng)絡(luò)交換機光纖連接，所述網(wǎng)絡(luò)交換機與若干所述監(jiān)測分站光纖連接，所述監(jiān)測分站與若干所述拾振器電纜連接。
[0008]在上述自震式微震監(jiān)測系統(tǒng)中，所述自震震源與所述控制主機網(wǎng)絡(luò)連接，通過所述控制王機來控制所述自震震源的起止震動時間和震動頻率。
[0009]在上述自震式微震監(jiān)測系統(tǒng)中，還包括GPS時鐘。
[0010]在上述自震式微震監(jiān)測系統(tǒng)中，所述監(jiān)測分站包括主控MCU3，信號調(diào)理模塊和A/D轉(zhuǎn)換器；所述主控MCU3進行信號觸發(fā)所需判斷運算；所述信號調(diào)理電路進行信號放大并消除信號疊加；所述A/D轉(zhuǎn)換器I將多路模擬震動信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
[0011 ] 在上述自震式微震監(jiān)測系統(tǒng)中，所述A/D轉(zhuǎn)換器有8路差分輸入，程控增益PGA為1-128倍，最高可實現(xiàn)24位無誤碼輸出，同時保證0.0015%的非線性度，濾波器截止頻率為
4.8HZ-1.0lKHz。
[0012]在上述自震式微震監(jiān)測系統(tǒng)中，所述自震震源包括震動激發(fā)控制箱，振動電機，電源，振動電機機座；所述振動電機基座呈直角三角形，所述直角三角形的兩個直角邊分別與煤壁和底板接觸，所述振動電機基座與所述底板之間通過減震機構(gòu)固定連接。
[0013]在上述自震式微震監(jiān)測系統(tǒng)中，所述震動激發(fā)控制箱包括通訊模塊，主控模塊，變頻器和防爆外殼，所述通訊模塊，所述主控模塊，所述變頻器和所述振動電機依次電連接。
[0014]在上述自震式微震監(jiān)測系統(tǒng)中，所述主控模塊和變頻器用于直接或接收遠程指令來控制所述振動電機的輸入電壓，進而控制其產(chǎn)生的震動波頻率和波幅。
[0015]本實用新型的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點:
[0016]①「本實用新型提供的自震式微震監(jiān)測系統(tǒng)，通過采用自震震源來對布置在不同位置的拾振器賦予相應(yīng)波速值，以此作為震源坐標定位計算的依據(jù)，因此，本實用新型能夠更真實的反映擬監(jiān)測區(qū)域不同位置煤巖體介質(zhì)的震動波傳播特性，突破了現(xiàn)有技術(shù)中假設(shè)擬監(jiān)測區(qū)域P波全部勻速的局限性，從而提高了微震監(jiān)測的定位精度。
[0017]②「本實用新型提供的自震式微震監(jiān)測系統(tǒng)，由于自震震源和拾振器坐標已知，從而可以獲得擬監(jiān)測區(qū)域內(nèi)煤巖體介質(zhì)傳播震動波的速度場CT圖像，因此，本實用新型能夠揭示采動煤巖體的應(yīng)力變化和分布規(guī)律，有利于揭示煤巖體應(yīng)力變化與P波波速和能量之間的關(guān)系，為礦井預(yù)測預(yù)防沖擊地壓發(fā)生提供了更為科學(xué)可靠的依據(jù)。
[0018]③「本實用新型提供的自震式微震監(jiān)測系統(tǒng)，由于使用局域網(wǎng)搭建網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，地面使用網(wǎng)線傳輸數(shù)據(jù)，井下至地面使用光纖傳輸數(shù)據(jù)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率高，網(wǎng)絡(luò)帶寬達100M，不僅可以傳輸數(shù)據(jù)采集和控制命令，同時也實現(xiàn)了實時校準各監(jiān)測分站的時鐘，因此，本實用新型能夠保證每個監(jiān)測分站采集到的原始數(shù)據(jù)在時間上保持精準一致，有效提高了微震監(jiān)測精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]為了使本實用新型的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本實用新型的具體實施例并結(jié)合附圖，對本實用新型作進一步詳細的說明，其中
[0020]圖1是本實用新型自震式微震監(jiān)測系統(tǒng)的布置示意圖；
[0021]圖2是本實用新型自震式微震監(jiān)測系統(tǒng)中監(jiān)測分站結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3是本實用新型自震式微震監(jiān)測系統(tǒng)中自震震源結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖中標記為:1-地面中心站，2-控制主機，3-網(wǎng)絡(luò)交換機，4-監(jiān)測分站，5-拾振器，6-自震震源，7-GPS時鐘，8-地面，9-監(jiān)測區(qū)域，41-主控MCU3，42-信號調(diào)理模塊，43-A/D轉(zhuǎn)換器，61-震動激發(fā)控制箱，62-振動電機，63-電源，64-振動電機基座，65-煤壁，66-底板，611-通訊模塊，612-主控模塊，613-變頻器，614-防爆外殼，641-減震機構(gòu)。

【具體實施方式】
[0024]為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實用新型實施方式作進一步地詳細描述。
[0025]圖1-3顯示的是本實用新型自震式微震監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)選實施例。
[0026]所述自震式微震監(jiān)測系統(tǒng)，包括地面中心站1，控制主機2，網(wǎng)絡(luò)交換機3，監(jiān)測分站4，拾振器5和自震震源6 ;所述地面中心站I用于接收從所述網(wǎng)絡(luò)交換機3傳來的數(shù)據(jù)并實時存儲；所述控制主機2用于預(yù)設(shè)和修改監(jiān)測指標相關(guān)參數(shù)，接收所述地面中心站I傳來的數(shù)據(jù)并進行預(yù)處理和分析；所述網(wǎng)絡(luò)交換機3用于將井上發(fā)出的指令傳輸給井下，將井下采集的數(shù)據(jù)傳輸給井上；所述監(jiān)測分站4用于對輸入信號采集和判別，對信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，信號放大及消除疊加，并自動識別滿足預(yù)設(shè)參數(shù)的信號；所述拾振器5用于拾取煤巖體自然破裂信號和所述自震震源6發(fā)出的信號傳輸給所述監(jiān)測分站4 ;所述自震震源6用于產(chǎn)生人工P波，對自然破裂信號產(chǎn)生的P波波速進行校準，對布置在不同區(qū)域的所述拾振器5賦予相應(yīng)的P波波速值；所述地面中心站I與所述控制主機2網(wǎng)線連接，同時中心站I與若干所述網(wǎng)絡(luò)交換機3光纖連接，所述網(wǎng)絡(luò)交換機3與若干所述監(jiān)測分站4光纖連接，所述監(jiān)測分站4與若干所述拾振器5電纜連接。
[0027]在本實施例中，所述自震震源6與所述控制主機2網(wǎng)絡(luò)連接，通過所述控制主機2來控制所述自震震源6的起止震動時間和震動頻率。
[0028]在本實施例中，還包括GPS時鐘7。
[0029]在本實施例中，所述監(jiān)測分站4包括主控MCU341，信號調(diào)理模塊42和A/D轉(zhuǎn)換器43 ;所述主控MCU341進行信號觸發(fā)所需判斷運算；所述信號調(diào)理電路42進行信號放大并消除信號疊加；所述A/D轉(zhuǎn)換器43將多路模擬震動信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
[0030]在本實施例中,所述自震震源6包括震動激發(fā)控制箱61,振動電機62,電源63,振動電機機座64 ;所述振動電機基座64呈直角三角形，所述直角三角形的兩個直角邊分別與煤壁65和底板66接觸，所述振動電機基座64與所述底板66之間通過減震機構(gòu)641固定連接。
[0031]在本實施例中，所述震動激發(fā)控制箱61包括通訊模塊611，主控模塊612，變頻器613和防爆外殼614，所述通訊模塊611，所述主控模塊612，所述變頻器613和所述振動電機62依次電連接。
[0032]采用本實施例進行監(jiān)測的方法包括如下步驟:
[0033](a)根據(jù)礦井?dāng)M監(jiān)測區(qū)域開采地質(zhì)條件和開采情況，確定所述微震監(jiān)測系統(tǒng)布置方案，所述地面中心站I和控制主機2布置于地面8上，所述網(wǎng)絡(luò)交換機3，監(jiān)測分站4，拾振器5和自震震源6布置于監(jiān)測區(qū)域9內(nèi)；
[0034](b)依次確定所述拾振器5，所述監(jiān)測分站4和所述網(wǎng)絡(luò)交換機3布置位置和數(shù)量，最后確定所述自震震源6安放位置；
[0035](C)進行所述微震監(jiān)測系統(tǒng)的調(diào)試，確保各工作模塊均能正常工作，同時設(shè)置并確定各監(jiān)測指標相關(guān)參數(shù)；
[0036](d)啟動所述自震震源6,記錄自激震動數(shù)據(jù)；
[0037](e)對自激震動數(shù)據(jù)進行運算，求解所述擬監(jiān)測區(qū)域的自激震動波速場CT圖像；
[0038](f)根據(jù)監(jiān)測區(qū)域波速場解算每個所述拾振器5監(jiān)控區(qū)域的波速值，將波速值作為定位計算的依據(jù)，求解自震震源位置坐標和能量，通過對實際值和計算值的多次驗算，確定最終使用的波速值；
[0039](g)根據(jù)步驟(f)所述拾振器波速值，結(jié)合每個拾振器5接收到的巖體破裂震動波能量和初至到時，計算巖體發(fā)生破裂震動的位置坐標及能量。
[0040]在其它實施例中，所述自震震源6不與所述控制主機2連接，直接由所述震動激發(fā)控制箱61來控制所述自震震源6的起止震動時間和震動頻率。
[0041]顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型的保護范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.自震式微震監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:包括地面中心站(I)，控制主機(2)，網(wǎng)絡(luò)交換機(3)，監(jiān)測分站(4)，拾振器(5)和自震震源(6)； 所述地面中心站(I)與所述控制主機(2)網(wǎng)線連接，同時中心站(I)與若干所述網(wǎng)絡(luò)交換機(3)光纖連接，所述網(wǎng)絡(luò)交換機(3)與若干所述監(jiān)測分站(4)光纖連接，所述監(jiān)測分站(4)與若干所述拾振器(5)電纜連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自震式微震監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述自震震源(6)與所述控制主機(2)網(wǎng)絡(luò)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自震式微震監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:還包括GPS時鐘(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自震式微震監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述監(jiān)測分站(4)包括主控MCU3 (41)，信號調(diào)理模塊(42)和A/D轉(zhuǎn)換器(43)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自震式微震監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述自震震源(6)包括震動激發(fā)控制箱(61),振動電機(62),電源(63),振動電機機座(64)； 所述振動電機基座￠4)呈直角三角形，所述直角三角形的兩個直角邊分別與煤壁(65)和底板￠6)接觸，所述振動電機基座￠4)與所述底板￠6)之間通過減震機構(gòu)(641)固定連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自震式微震監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述震動激發(fā)控制箱(61)包括通訊模塊￠11)，主控模塊￠12)，變頻器(613)和防爆外殼￠14)，所述通訊模塊(611)，所述主控模塊￠12)，所述變頻器(613)和所述振動電機￠2)依次電連接。
【文檔編號】E21F17/18GK203962043SQ201420426388
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月31日
【發(fā)明者】齊慶新, 孔令海, 歐陽振華, 張輝, 王永仁, 安賽, 任天飛, 李宏艷, 趙善坤, 鄧志剛, 李曉璐 申請人:煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司