沖擊地壓微震監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用研究

胥鵬　李宗保　蘇龍

摘 要：介紹了沖擊礦壓的基本原理、微震監(jiān)測(cè)技術(shù)的原理，并且闡述了微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的架構(gòu)以及功能性設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：沖擊礦壓微震 監(jiān)測(cè)技術(shù) 預(yù)警系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TD324.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）09（b）-0031-01

隨著中國經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的變化和煤炭資源的日益深入開采，造成了煤巖動(dòng)力災(zāi)害不斷加重。針對(duì)于煤巖動(dòng)力災(zāi)害，目前國內(nèi)主要采用鉆屑法、采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)的監(jiān)控方法，車頂動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警，但是以上手段在實(shí)際使用中都存在著監(jiān)測(cè)范圍小、精度低等劣勢(shì)。于是，礦上沖擊礦壓的微震監(jiān)測(cè)技術(shù)的優(yōu)越性就得到了很好地體現(xiàn)。

1 沖擊地壓預(yù)警技術(shù)的發(fā)展

沖擊地壓，又稱巖爆，是指井巷或周圍的巖石表面，能量瞬間釋放產(chǎn)生的動(dòng)力現(xiàn)象突然嚴(yán)重破壞突然劇烈破壞的動(dòng)力現(xiàn)象。

實(shí)現(xiàn)沖擊地壓防治預(yù)測(cè)的首先是得益于微震）監(jiān)測(cè)技術(shù)的出現(xiàn)。在國外，它已使礦山微破裂發(fā)展的監(jiān)測(cè)從“難以實(shí)現(xiàn)的奢望”轉(zhuǎn)變?yōu)椴傻V過程的一個(gè)有機(jī)組成部分，成為礦山開采誘發(fā)動(dòng)力災(zāi)害監(jiān)測(cè)的主要技術(shù)手段。實(shí)現(xiàn)礦山動(dòng)力災(zāi)害預(yù)測(cè)的可能性的另一個(gè)重要因素則是礦山整體結(jié)構(gòu)應(yīng)力場(chǎng)分析的大規(guī)模科學(xué)計(jì)算技術(shù)的發(fā)展。大規(guī)模數(shù)值計(jì)算技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的作用，已普遍地為人們所共識(shí)。

2 微震監(jiān)測(cè)基本原理

微震監(jiān)測(cè)的基本原理是：巖體在變形破壞的整個(gè)過程中會(huì)伴隨著裂紋的產(chǎn)生，擴(kuò)展，能量積聚，以應(yīng)力波的形式釋放能量，從而產(chǎn)生微震事件。微震和聲波到達(dá)預(yù)先埋設(shè)多個(gè)實(shí)時(shí)微震數(shù)據(jù)采集??的地震檢波器。由于源和檢測(cè)器之間的距離不同，則檢測(cè)器的振動(dòng)波的傳播時(shí)間是不同的。根據(jù)不同的時(shí)間差檢測(cè)器，使用“復(fù)雜的定位技術(shù)”進(jìn)行震源定位計(jì)算，得到微震發(fā)生的位置。

3 基于ARAMISM_E微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的沖擊地壓監(jiān)測(cè)技術(shù)

ARAMISM_E微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要功能是對(duì)整個(gè)礦井的實(shí)時(shí)監(jiān)控，微震事件自動(dòng)記錄，并微震源位置和能量計(jì)算的范圍內(nèi)發(fā)生的微震事件，分析主要危險(xiǎn)區(qū)微震事件的日常規(guī)律，動(dòng)態(tài)評(píng)估有關(guān)的區(qū)域影響危險(xiǎn)性類別，指導(dǎo)煤礦沖擊地壓防治工作；擺脫危險(xiǎn)的測(cè)試和優(yōu)化相關(guān)技術(shù)參數(shù)，提高防碰撞系統(tǒng)和控制效率的影響。

系統(tǒng)自帶的軟件區(qū)別于其他同類產(chǎn)品不同的功能，是可以監(jiān)測(cè)每個(gè)區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)，容易掌握的礦難動(dòng)態(tài)范圍壓縮趨勢(shì)的影響，進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估影響的結(jié)果，一個(gè)地區(qū)一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，可以采取更有針對(duì)性的解危措施，以防止意外或減少提供了寶貴的時(shí)間事故風(fēng)險(xiǎn)水平，大大提高礦山巖爆防治的效率。

ARAMISM_E微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是實(shí)時(shí)監(jiān)控的最基本的功能，記錄的微震事件，并計(jì)算其坐標(biāo)計(jì)算和能量。在得到上述的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際需要，地質(zhì)條件，開采技術(shù)等因素的因素，從不同角度對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)！采取不同的分析方法和手段，進(jìn)一步做深入的分析，并在可能的沖擊地壓災(zāi)害的研究做出評(píng)價(jià)，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)巖爆防治。

4 微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由檢波測(cè)量探頭、EMR分站、和地面上位機(jī)等組成，系統(tǒng)采用帶嵌入式信號(hào)傳輸模塊的震動(dòng)速度型礦震監(jiān)測(cè)拾震器，獨(dú)立的干線式數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，進(jìn)行雙向控制傳輸。可實(shí)現(xiàn)拾震器工作狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和調(diào)試。

EMR分站信號(hào)采集部分主要包含天線、前置放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，前置放大器輸出的信號(hào)經(jīng)電平調(diào)整后進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換電路，電磁輻射信號(hào)由微弱的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散數(shù)字信號(hào)，這樣便于電磁輻射數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與處理。通信部分采用現(xiàn)場(chǎng)總線方式，支持RS232、RS485、CAN和以太網(wǎng)等4種通信協(xié)議。分站通過調(diào)整通信協(xié)議，可以作為安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)中的一個(gè)分站或者傳感器，藉此礦上安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)能夠獲得井下電磁輻射統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。需要說明的是，現(xiàn)有安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)由于掛接的分站和傳感器數(shù)目較多且一般通信速率較低，如中國煤炭科工集團(tuán)常州自動(dòng)化研究院研制生產(chǎn)的KJ95N型煤礦綜合監(jiān)控系統(tǒng)，最多支持128個(gè)分站，通信速率1200bps，所以電磁輻射實(shí)時(shí)波形數(shù)據(jù)一般情況下無法通過監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸，但可以通過該系統(tǒng)傳輸電磁輻射的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，如，單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)、電磁輻射強(qiáng)度等。深入研究與分析沖擊地壓演化過程中電磁輻射信號(hào)的變化規(guī)律又要求獲取電磁輻射波形數(shù)據(jù)，因此結(jié)合實(shí)際情況，系統(tǒng)研制中，增加了便于更換且支持熱插拔的大容量存儲(chǔ)電路，用于保存電磁輻射信號(hào)的波形數(shù)據(jù)。顯示部分采用字符型液晶模塊，可以顯示系統(tǒng)參數(shù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等。在移動(dòng)式監(jiān)測(cè)應(yīng)用中，需要對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整，人機(jī)交互通過薄膜按鍵和液晶顯示電路實(shí)現(xiàn)，能夠修改或設(shè)定系統(tǒng)的采樣頻率、監(jiān)測(cè)通道、系統(tǒng)時(shí)間、觸發(fā)門限等。在線監(jiān)測(cè)中，可以通過上位機(jī)發(fā)送相應(yīng)指令來獲取或修改這些參數(shù)。

5 微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

（1）巖體震動(dòng)信號(hào)采集、記錄和分析。

（2）多組波形處理，礦震三維定位和能量計(jì)算。

（3）微分、濾波和頻譜分析等，記錄信號(hào)報(bào)警功能。

（4）采用網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步技術(shù)PTP，可以使時(shí)鐘同步精度達(dá)到亞微秒。

（5）采用光纖作為以太網(wǎng)的通信介質(zhì)，每個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集子站，動(dòng)態(tài)收集和緩存數(shù)據(jù)。

（6）使用IP技術(shù)的構(gòu)成局域網(wǎng)，提高系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)充性。

6 結(jié)論

根據(jù)目前沖擊地壓的發(fā)生機(jī)理，介紹微震監(jiān)測(cè)基本原理基于ARAMISM_E微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的沖擊地壓監(jiān)測(cè)技術(shù)，設(shè)計(jì)了微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的架構(gòu)以及其功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井微震的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，實(shí)時(shí)分析和及時(shí)的信息，為煤礦安全生產(chǎn)，國家防災(zāi)提供更加科學(xué)的技術(shù)支持，為全國沖擊地壓災(zāi)害分析防治工作發(fā)揮重要作用。

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