CN116774282B - 一种用于煤矿复合灾害预警的震动场监测系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提出一种用于煤矿复合灾害预警的震动场监测系统，所述系统包括：矿震仪、钻孔采集模块、井下采集模块和服务显示模块；所述矿震仪包括：安装在煤矿地面上的三分量低频矿震传感器；所述钻孔采集模块包括：安装在钻孔中的第一微震传感器；所述井下采集模块包括：安装在井下的第二微震传感器、地音传感器和多功能微震传感器。本申请提出的技术方案，解决了煤矿复合灾害监测中对不同类型灾害关注的震动信号，能量、频率、事件判断标准不统一的难题，采用同一标准结合设备的安装方式和安装位置，处理矿震、微震、地音等不同类型的震动信号，提高了系统的监测精度。
Description
技术领域
本申请涉及煤矿震动监测领域，尤其涉及一种用于煤矿复合灾害预警的震动场监测系统。
背景技术
微震监测技术在矿山上的应用已有很多年的历史。1908年德国采用维歇尔特水平地震仪在Ruhr煤田建立了世界上第一个矿山观测台站。紧接着，美国、南非、波兰、加拿大、澳大利亚等国相继开展微震系统的研制，美国的L.Obert最先将声发射监测技术用于煤岩体稳定性评价，波兰的SYLOK微震和SAK地音监测系统最先被用来监测采掘工作面和矿井区域的微震活动，捷克通过一体化的国家微震网络实现对全国六个主要矿井的微震监测，英国应用24位便携式微震记录仪对长壁工作面开采进行微震监测，并成功捕捉到煤柱应力超载的征兆，南非全功能一体化微震监测系统可实现局部、区域、全国三级系统的相互连通，澳大利亚联邦科学工业研究院采矿局先后在13个矿区进行试验，在煤矿岩体破裂监测方面取得大量成果，加拿大的ADASLS系统可识别波的类型，实现了既定时间内的信号完整分析处理。我国在对波兰微震监测系统引进改装后，1990年WDJ-1型微震定位系统和DJ-1型地音监测系统相继问世。研制的STL-12型微震监测系统在对铜陵冬瓜山岩爆监测中因无法有效识别信号及去噪，应用受到限制。姜福兴同CSIRO合作，研制了国内首套用于井下实时监测煤岩体破裂灾变，可实现区内集中、区间分布式布置的BMS微震监测系统，窦林名引进波兰SOS微震监测系统实现了定位误差水平方向小于20m，竖直方向小于50m的精度，潘一山等开发研制出矿区千米尺度破坏性的矿震监测定位系统。
但目前震动场监测尤其在煤矿复合灾害监测领域仍然存在以下几个问题：（1）由于复合灾害震动信号的频率范围广，采矿过程中根据各类灾害监测的需要将震动信号分为矿震、微震和地音三类。矿震是采矿诱发的地震，频率范围在100Hz以下，微震又称微地震，频率相对较高，可达几百赫兹，频率范围一般在150Hz以下，地音信号一般是采场周围微弱岩石破裂产生的震动信号，频率较高，可达上千赫兹，传统的矿震、微震、地音监测系统受制于传感器、数据采集器以及数据采集软件的能量，很难实现不同类型信号的集中采集，导致同一矿井为实现不同灾害的监测往往需要安装多套震动场监测设备，甚至同一灾害为实现不同的监测场景也需要安装两套甚至三套震动场监测设备。（2）矿震、微震、地音等震动信号因能量大小不一、主频不一，信号传播的距离不同，不同传感器安装、布置方式不一致，一套传统的震动监测系统难以兼顾不同类型震动信号的采集。（3）使用微震监测方法开展矿井导水通道监测对系统定位精度的要求较高，但井下有效空间限制了设备的布置，尤其在Z方向上存在定位精度低的问题。因此，亟需提出一种可以集中采集震动场的多种信号且定位精度较高的方案。
发明内容
本申请提供矿山钻孔救援用的生命探测系统及方法，以至少解决不可以集中采集震动场的多种信号且定位精度较低的技术问题。
本申请第一方面实施例提出一种用于煤矿复合灾害预警的震动场监测系统，包括：矿震仪、钻孔采集模块、井下采集模块和服务显示模块；
所述矿震仪包括：安装在煤矿地面上的三分量低频矿震传感器，所述三分量低频矿震传感器，用于在煤矿地面上采集井下发生的大能量微震信号、矿震信号；其中所述大能量为1万焦耳；
所述钻孔采集模块包括：安装在钻孔中的第一微震传感器，所述第一微震传感器，用于采集钻孔中的震动信号；
所述井下采集模块包括：安装在井下的第二微震传感器、地音传感器和多功能微震传感器；所述第二微震传感器，用于采集所述第二微震传感器所在位置处的井下震动信号；所述地音传感器，用于采集所述地音传感器所在位置处的井下地音信号；所述多功能微震传感器，用于采集所述多功能微震传感器所在位置处的井下震动信号，并将所述第二微震传感器所在位置处的井下震动信号、所述地音传感器所在位置处的井下地音信号和所述多功能微震传感器所在位置处的井下震动信号发送到所述服务显示模块；
所述服务显示模块，用于向所述矿震仪、所述钻孔采集模块、所述井下采集模块提供授时、网络服务；
所述服务显示模块，还用于实时显示所述大能量微震信号、所述矿震信号、所述钻孔中的震动信号、所述井下震动信号和所述井下地音信号；
所述服务显示模块，还用于基于所述大能量微震信号、所述矿震信号、所述钻孔中的震动信号、所述井下震动信号和所述井下地音信号对煤矿采掘工作面进行实时分析监测。
优选的，所述服务显示模块包括：授时卫星、网络时间服务器、地面数据采集服务器、交换机、客户端和4G/5G基站；
所述授时卫星，用于向所述矿震仪和所述钻孔采集模块提供授时的卫星信号时间源；
所述网络时间服务器，同于向所述井下采集模块提供授时的网络信号时间源；
所述地面数据采集服务器，用于接收所述矿震仪、所述钻孔采集模块、所述井下采集模块发送的所述大能量微震信号、所述矿震信号、所述钻孔中的震动信号、所述井下震动信号和所述井下地音信号；
所述交换机，用于基于IEE1588协议实现网络授时；
所述客户端，用于显示所述大能量微震信号、所述矿震信号、所述钻孔中的震动信号、所述井下震动信号和所述井下地音信号；
所述客户端，还用于对所述大能量微震信号、所述矿震信号、所述钻孔中的震动信号、所述井下震动信号和所述井下地音信号进行分析，判断是否发生煤矿灾害及灾害类型；
所述4G/5G基站，用于向所述矿震仪、所述钻孔采集模块、所述井下采集模块提供网络。
进一步的，所述矿震仪还包括：第一数据采集单元、第一数据收发单元、第一授时天线和第一授时模块；
所述第一数据采集单元，用于采集所述三分量低频矿震传感器上的所述大能量微震信号、所述矿震信号；
所述第一数据收发单元，用于将所述大能量微震信号、所述矿震信号发送到所述地面数据采集服务器；
所述第一授时天线，用于接收所述授时卫星发送的卫星信号时间源；
所述第一授时模块，用于基于所述卫星信号时间源向所述第一数据采集单元提供时间信息。
进一步的，所述矿震仪还包括：第一避雷针、第一太阳能板、第一蓄电池供电控制单元；
所述第一太阳能板，用于将光能转换为电能，然后将所述电能输送到所述第一蓄电池供电控制单元；
所述第一蓄电池供电控制单元，用于向所述三分量低频矿震传感器、所述第一数据采集单元、第一数据收发单元、第一授时天线和第一授时模块提供电能。
优选的，所述震动场监测系统还包括：基桩；
所述矿震仪通过所述基桩安装在煤矿地面上。
进一步的，所述钻孔采集模块还包括：钻孔用地面采集仪和第一信号传输电缆；
所述钻孔用地面采集仪，用于通过所述第一信号传输电缆采集所述第一微震传感器采集到的钻孔中的震动信号，并将所述钻孔中的震动信号发送到所述地面数据采集服务器；
其中，所述钻孔用地面采集仪包括：第二数据采集单元、第二数据收发单元、第二授时天线、第二授时模块、第二避雷针、第二太阳能板、第二蓄电池供电控制单元。
进一步的，所述井下采集模块，还包括：矿用电源、第二信号传输电缆和矿井数据通信光缆；
所述多功能微震传感器，用于通过所述第二信号传输电缆采集所述第二微震传感器采集到的井下震动信号，及所述地音传感器采集到的井下地音信号，并通过所述矿井数据通信光缆传输到所述地面数据采集服务器；
所述矿用电源，用于向所述多功能微震传感器、所述第二微震传感器和所述地音传感器提供电能。
进一步的，所述多功能微震传感器，包括：三分量振动传感器、第一数据采集卡、第二数据采集卡、第三授时模块；
所述三分量振动传感器，用于采集所述多功能微震传感器所在位置处的井下震动信号；
所述第一数据采集卡，用于采集所述三分量振动传感器的震动数据，并通过所述矿井数据通信光缆传输到所述地面数据采集服务器；
所述第二数据采集卡，用于采集所述第二微震传感器采集到的井下震动信号，及所述地音传感器采集到的井下地音信号，并通过所述矿井数据通信光缆传输到所述地面数据采集服务器；
所述第三授时模块，用于接收网络时间服务器发出的时间信息，并将所述时间信息发送给第一数据采集卡、第二数据采集卡。
进一步的，当所述第二微震传感器安装于煤矿大巷或准备巷道时，将主频为4.5、14Hz的震动传感器作为第二微震传感器；
当所述第二微震传感器安装于工作面回采巷道或掘进巷道时，将主频为45、60Hz的震动传感器作为第二微震传感器。
进一步的，当监测工作面顶板覆岩运动规律时，在工作面两顺槽中每间隔50-100m安装一个第一微震传感器或第二微震传感器或三分量低频矿震传感器，且第一微震传感器或第二微震传感器或三分量低频矿震传感器的覆盖范围为工作面前方300-500m的区域；
当监测工作面导水裂隙带发育、水力压裂裂隙扩展规律时，在监测区域附件100-200m范围内布设大于等于8个通道的第二微震传感器；
当监测采煤工作面冲击地压时，在工作面两顺槽中每间隔50-200m安装一个第一微震传感器或第二微震传感器或三分量低频矿震传感器，且第一微震传感器或第二微震传感器或三分量低频矿震传感器的覆盖范围为工作面前方应力集中区域；
当监测掘进工作面煤与瓦斯突出和冲击地压灾害时，在监测区域中每间隔30-100m安装一个地音传感器，且监测区域内的地音传感器的数量大于等于6。
本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
本申请提出了一种用于煤矿复合灾害预警的震动场监测系统，所述系统包括：矿震仪、钻孔采集模块、井下采集模块和服务显示模块；所述矿震仪包括：安装在煤矿地面上的三分量低频矿震传感器，所述三分量低频矿震传感器，用于在煤矿地面上采集井下发生的大能量微震信号、矿震信号；其中所述大能量为1万焦耳；所述钻孔采集模块包括：安装在钻孔中的第一微震传感器，所述第一微震传感器，用于采集钻孔中的震动信号；所述井下采集模块包括：安装在井下的第二微震传感器、地音传感器和多功能微震传感器；所述第二微震传感器，用于采集所述第二微震传感器所在位置处的井下震动信号；所述地音传感器，用于采集所述地音传感器所在位置处的井下地音信号；所述多功能微震传感器，用于采集所述多功能微震传感器所在位置处的井下震动信号，并将所述第二微震传感器所在位置处的井下震动信号、所述地音传感器所在位置处的井下地音信号和所述多功能微震传感器所在位置处的井下震动信号发送到所述服务显示模块；所述服务显示模块，用于向所述矿震仪、所述钻孔采集模块、所述井下采集模块提供授时、网络服务；所述服务显示模块，还用于实时显示所述大能量微震信号、所述矿震信号、所述钻孔中的震动信号、所述井下震动信号和所述井下地音信号；所述服务显示模块，还用于基于所述大能量微震信号、所述矿震信号、所述钻孔中的震动信号、所述井下震动信号和所述井下地音信号对煤矿采掘工作面进行实时分析监测。本申请提出的技术方案，解决了煤矿复合灾害监测中对不同类型灾害关注的震动信号，能量、频率、事件判断标准不统一的难题，采用同一标准结合设备的安装方式和安装位置，处理矿震、微震、地音等不同类型的震动信号，提高了系统的监测精度。
本申请附加的方面以及优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面以及优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本申请一个实施例提供的一种用于煤矿复合灾害预警的震动场监测系统的框图；
图2为根据本申请一个实施例提供的一种用于煤矿复合灾害预警的震动场监测系统的详细结构图；
附图标记
矿震仪1、钻孔采集模块2、井下采集模块3、服务显示模块4、基桩5、三分量低频矿震传感器1-1、第一数据采集单元1-2、第一数据收发单元1-3、第一授时天线1-4、第一授时模块1-5、第一避雷针1-6、第一太阳能板1-7、第一蓄电池供电控制单元1-8、第一微震传感器2-1、钻孔用地面采集仪2-2、第一信号传输电缆2-3、第二数据采集单元2-2-1、第二数据收发单元2-2-2、第二授时天线2-2-3、第二授时模块2-2-4、第二避雷针2-2-5、第二太阳能板2-2-6、第二蓄电池供电控制单元2-2-7、第二微震传感器3-1、地音传感器3-2、多功能微震传感器3-3、矿用电源3-4、第二信号传输电缆3-5、矿井数据通信光缆3-6、三分量振动传感器3-3-1、第一数据采集卡3-3-2、第二数据采集卡3-3-3、第三授时模块3-3-4、授时卫星4-1、网络时间服务器4-2、地面数据采集服务器4-3、交换机4-4、客户端4-5、4G/5G基站4-6。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
本申请提出的一种用于煤矿复合灾害预警的震动场监测系统，所述系统包括：矿震仪、钻孔采集模块、井下采集模块和服务显示模块；所述矿震仪包括：安装在煤矿地面上的三分量低频矿震传感器，所述三分量低频矿震传感器，用于在煤矿地面上采集井下发生的大能量微震信号、矿震信号；其中所述大能量为1万焦耳；所述钻孔采集模块包括：安装在钻孔中的第一微震传感器，所述第一微震传感器，用于采集钻孔中的震动信号；所述井下采集模块包括：安装在井下的第二微震传感器、地音传感器和多功能微震传感器；所述第二微震传感器，用于采集所述第二微震传感器所在位置处的井下震动信号；所述地音传感器，用于采集所述地音传感器所在位置处的井下地音信号；所述多功能微震传感器，用于采集所述多功能微震传感器所在位置处的井下震动信号，并将所述第二微震传感器所在位置处的井下震动信号、所述地音传感器所在位置处的井下地音信号和所述多功能微震传感器所在位置处的井下震动信号发送到所述服务显示模块；所述服务显示模块，用于向所述矿震仪、所述钻孔采集模块、所述井下采集模块提供授时、网络服务；所述服务显示模块，还用于实时显示所述大能量微震信号、所述矿震信号、所述钻孔中的震动信号、所述井下震动信号和所述井下地音信号；所述服务显示模块，还用于基于所述大能量微震信号、所述矿震信号、所述钻孔中的震动信号、所述井下震动信号和所述井下地音信号对煤矿采掘工作面进行实时分析监测。本申请提出的技术方案，解决了煤矿复合灾害监测中对不同类型灾害关注的震动信号，能量、频率、事件判断标准不统一的难题，采用同一标准结合设备的安装方式和安装位置，处理矿震、微震、地音等不同类型的震动信号，提高了系统的监测精度。
下面参考附图描述本申请实施例的一种用于煤矿复合灾害预警的震动场监测系统。
实施例一
图1为根据本申请一个实施例提供的一种用于煤矿复合灾害预警的震动场监测系统的结构图，如图1所示，所述系统包括：矿震仪1、钻孔采集模块2、井下采集模块3和服务显示模块4；
所述矿震仪1包括：安装在煤矿地面上的三分量低频矿震传感器1-1，所述三分量低频矿震传感器1-1，用于在煤矿地面上采集井下发生的大能量微震信号、矿震信号；其中所述大能量为1万焦耳；
所述钻孔采集模块2包括：安装在钻孔中的第一微震传感器2-1，所述第一微震传感器2-1，用于采集钻孔中的震动信号；
所述井下采集模块3包括：安装在井下的第二微震传感器3-1、地音传感器3-2和多功能微震传感器3-3；所述第二微震传感器3-1，用于采集所述第二微震传感器3-1所在位置处的井下震动信号；所述地音传感器3-2，用于采集所述地音传感器3-2所在位置处的井下地音信号；所述多功能微震传感器3-3，用于采集所述多功能微震传感器3-3所在位置处的井下震动信号，并将所述第二微震传感器3-1所在位置处的井下震动信号、所述地音传感器3-2所在位置处的井下地音信号和所述多功能微震传感器3-3所在位置处的井下震动信号发送到所述服务显示模块4；
所述服务显示模块4，用于向所述矿震仪1、所述钻孔采集模块2、所述井下采集模块3提供授时、网络服务；
所述服务显示模块4，还用于实时显示所述大能量微震信号、所述矿震信号、所述钻孔中的震动信号、所述井下震动信号和所述井下地音信号；
所述服务显示模块4，还用于基于所述大能量微震信号、所述矿震信号、所述钻孔中的震动信号、所述井下震动信号和所述井下地音信号对煤矿采掘工作面进行实时分析监测。
需要说明的是，所述矿震仪1可以为多个。
在本公开实施例中，如图2所示，所述服务显示模块4包括：授时卫星4-1、网络时间服务器4-2、地面数据采集服务器4-3、交换机4-4、客户端4-5和4G/5G基站4-6；
所述授时卫星4-1，用于向所述矿震仪1和所述钻孔采集模块2提供授时的卫星信号时间源；
所述网络时间服务器4-2，同于向所述井下采集模块3提供授时的网络信号时间源；
所述地面数据采集服务器4-3，用于接收所述矿震仪1、所述钻孔采集模块2、所述井下采集模块3发送的所述大能量微震信号、所述矿震信号、所述钻孔中的震动信号、所述井下震动信号和所述井下地音信号；
所述交换机4-4，用于基于IEE1588协议实现网络授时；
所述客户端4-5，用于显示所述大能量微震信号、所述矿震信号、所述钻孔中的震动信号、所述井下震动信号和所述井下地音信号；
所述客户端4-5，还用于对所述大能量微震信号、所述矿震信号、所述钻孔中的震动信号、所述井下震动信号和所述井下地音信号进行分析，判断是否发生煤矿灾害及灾害类型；
所述4G/5G基站4-6，用于向所述矿震仪1、所述钻孔采集模块2、所述井下采集模块3提供网络。
在本公开实施例中，如图2所示，所述矿震仪1还包括：第一数据采集单元1-2、第一数据收发单元1-3、第一授时天线1-4和第一授时模块1-5；
所述第一数据采集单元1-5，用于采集所述三分量低频矿震传感器1-1上的所述大能量微震信号、所述矿震信号；
所述第一数据收发单元1-3，用于将所述大能量微震信号、所述矿震信号发送到所述地面数据采集服务器4-3；
所述第一授时天线1-4，用于接收所述授时卫星发送的卫星信号时间源；
所述第一授时模块1-5，用于基于所述卫星信号时间源向所述第一数据采集单元1-2提供时间信息。
进一步的，如图2所示，所述矿震仪1还包括：第一避雷针1-6、第一太阳能板1-7、第一蓄电池供电控制单元1-8；
所述第一太阳能板1-7，用于将光能转换为电能，然后将所述电能输送到所述第一蓄电池供电控制单元1-8；
所述第一蓄电池供电控制单元1-8，用于向所述三分量低频矿震传感器1-1、所述第一数据采集单元1-2、第一数据收发单元1-3、第一授时天线1-4和第一授时模块1-5提供电能。
需要说明的是，如图2所示，所述震动场监测系统还包括：基桩5；
所述矿震仪1通过所述基桩5安装在煤矿地面上。
在本公开实施例中，如图2所示，所述钻孔采集模块2还包括：钻孔用地面采集仪2-2和第一信号传输电缆2-3；
所述钻孔用地面采集仪2-2，用于通过所述第一信号传输电缆2-3采集所述第一微震传感器2-1采集到的钻孔中的震动信号，并将所述钻孔中的震动信号发送到所述地面数据采集服务器4-3；
其中，所述钻孔用地面采集仪2-2包括：第二数据采集单元2-2-1、第二数据收发单元2-2-2、第二授时天线2-2-3、第二授时模块2-2-4、第二避雷针2-2-5、第二太阳能板2-2-6、第二蓄电池供电控制单元2-2-7。
所述第一避雷针1-6、第二避雷针2-2-5的安装，可以避免设备被雷击破坏。
所述第二太阳能板2-2-6，用于将光能转换为电能，然后将所述电能输送到所述第二蓄电池供电控制单元2-2-7；
所述第二蓄电池供电控制单元2-2-7，用于向所述第一微震传感器2-1、钻孔用地面采集仪2-2、第二数据采集单元2-2-1、第二数据收发单元2-2-2、第二授时模块2-2-4提供电能。
所述第二数据采集单元2-2-1，用于所述第一微震传感器2-1采集的钻孔中的震动信号，并将所述信号发送到所述第二数据收发单元2-2-2；
所述第二数据收发单元2-2-2，用于将所述钻孔中的震动信号通过所述第一信号传输电缆2-3发送到所述地面数据采集服务器4-3；
所述第二授时天线2-2-3，用于接收所述授时卫星发送的卫星信号时间源；
所述第二授时模块2-2-4，用于基于所述卫星信号时间源向所述第二数据采集单元2-2-1提供时间信息。
在本公开实施例中，如图2所示，所述井下采集模块3，还包括：矿用电源3-4、第二信号传输电缆3-5和矿井数据通信光缆3-6；
所述多功能微震传感器3-3，用于通过所述第二信号传输电缆3-5采集所述第二微震传感器3-1采集到的井下震动信号，及所述地音传感器3-2采集到的井下地音信号，并通过所述矿井数据通信光缆3-6传输到所述地面数据采集服务器4-3；
所述矿用电源3-4，用于向所述多功能微震传感器3-3、所述第二微震传感器3-1和所述地音传感器3-2提供电能。
需要说明的是，如图2所示，所述多功能微震传感器3-3，包括：三分量振动传感器3-3-1、第一数据采集卡3-3-2、第二数据采集卡3-3-3、第三授时模块3-3-4；
所述三分量振动传感器3-3-1，用于采集所述多功能微震传感器3-3所在位置处的井下震动信号；
所述第一数据采集卡3-3-2，用于采集所述三分量振动传感器3-3-1的震动数据，并通过所述矿井数据通信光缆3-6传输到所述地面数据采集服务器4-3；
所述第二数据采集卡3-3-3，用于采集所述第二微震传感器3-1采集到的井下震动信号，及所述地音传感器3-2采集到的井下地音信号，并通过所述矿井数据通信光缆3-6传输到所述地面数据采集服务器4-3；
所述第三授时模块3-3-4，用于接收网络时间服务器4-2发出的时间信息，并将所述时间信息发送给第一数据采集卡3-3-2、第二数据采集卡3-3-3。
需要说明的是，所述第二微震传感器3-1、所述地音传感器3-2、所述多功能微震传感器3-3均可以为多个。
需要说明的是，当所述第二微震传感器3-1安装于煤矿大巷或准备巷道时，将主频为4.5、14Hz的震动传感器作为第二微震传感器3-1；
当所述第二微震传感器3-1安装于工作面回采巷道或掘进巷道时，将主频为45、60Hz的震动传感器作为第二微震传感器3-1。
需要说明的是，当监测工作面顶板覆岩运动规律时，在工作面两顺槽中每间隔50-100m安装一个第一微震传感器2-1或第二微震传感器3-1或三分量低频矿震传感器1-1，且第一微震传感器2-1或第二微震传感器3-1或三分量低频矿震传感器1-1的覆盖范围为工作面前方300-500m的区域；
当监测工作面导水裂隙带发育、水力压裂裂隙扩展规律时，在监测区域附件100-200m范围内布设大于等于8个通道的第二微震传感器3-1；
当监测采煤工作面冲击地压时，在工作面两顺槽中每间隔50-200m安装一个第一微震传感器2-1或第二微震传感器3-1或三分量低频矿震传感器1-1，且第一微震传感器2-1或第二微震传感器3-1或三分量低频矿震传感器1-1的覆盖范围为工作面前方应力集中区域；
当监测掘进工作面煤与瓦斯突出和冲击地压灾害时，在监测区域中每间隔30-100m安装一个地音传感器3-2，且监测区域内的地音传感器3-2的数量大于等于6。
基于安装后的装置，进行煤矿复合灾害预警的震动场监测。
需要说明的是，本实施例提出的震动场监测系统可以根据监测的需要单独控制系统中的各设备，同时震动场监测系统在工作时们可以根据监测需要将设备按工作面、采区、矿井设置不同监测区，如：在掘进工作面进行地音监测时，将工作面后方300m范围内的地音传感器划为一个监测区；在采煤工作面顶板、冲击地压灾害监测时，将工作面两顺槽微震传感器、准备巷道、1km范围内大巷中安装的多功能微震传感器划为一个监测区；将大巷、地面监测孔、地面监测设备划为一个监测区；将井下导水裂隙监测、水力压裂裂隙等重点区域监测孔中传感器与附件的微震、地音传感器划分为一个监测区。不同测区微震事件的判断不受其他位置通道的影响，避免在煤矿井下巷道中大范围监测时、密闭空间动力电缆对不同通道干扰的影响，降低了系统采集干扰事件的数量尤其在小能量事件监测时。
综上所述，本实施例提出的一种用于煤矿复合灾害预警的震动场监测系统，具有以下有益效果：1）兼顾了煤矿冲击地压、顶板、水害、煤与瓦斯突出等多类灾害及复合灾害震动监测的需求，解决了同一矿井为实现不同灾害的监测往往需要安装多套震动场监测设备，甚至同一灾害为实现不同的监测场景也需要安装两套甚至三套震动场监测设备的难题。2）系统解决了矿震、微震、地音等震动信号因能量大小不一、主频不一，信号传播的距离不同，不同传感器安装、布置方式不一致的难题，实现了采用震动监测系统兼顾不同类型震动信号采集的需求。3）使用微震监测方案开展矿井导水通道监测、水力压裂裂隙扩展监测对系统定位精度的要求较高，但井下有效空间限制了设备的布置，尤其在Z方向上存在定位精度低的问题，系统采用地面、监测孔和井下设备联合监测的方式提高了系统定位精度低的问题。4）采用井下大范围震动监测中划分重点监测区域、不同区域设备在判断微震事件时不关联，避免设备大范围安装、不同区域容易出现干扰通道，对重点区域微震事件判断的影响，尤其是小能量事件判断的影响。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种用于煤矿复合灾害预警的震动场监测系统，其特征在于，包括：矿震仪、钻孔采集模块、井下采集模块和服务显示模块；
所述矿震仪包括：安装在煤矿地面上的三分量低频矿震传感器，所述三分量低频矿震传感器，用于在煤矿地面上采集井下发生的大能量微震信号、矿震信号；其中所述大能量为1万焦耳；
所述钻孔采集模块包括：安装在钻孔中的第一微震传感器，所述第一微震传感器，用于采集钻孔中的震动信号；
所述井下采集模块包括：安装在井下的第二微震传感器、地音传感器和多功能微震传感器；所述第二微震传感器，用于采集所述第二微震传感器所在位置处的井下震动信号，当所述第二微震传感器安装于煤矿大巷或准备巷道时，将主频为4.5、14Hz的震动传感器作为第二微震传感器，当所述第二微震传感器安装于工作面回采巷道或掘进巷道时，将主频为45、60Hz的震动传感器作为第二微震传感器；所述地音传感器，用于采集所述地音传感器所在位置处的井下地音信号；所述多功能微震传感器，用于采集所述多功能微震传感器所在位置处的井下震动信号，并将所述第二微震传感器所在位置处的井下震动信号、所述地音传感器所在位置处的井下地音信号和所述多功能微震传感器所在位置处的井下震动信号发送到所述服务显示模块；
所述服务显示模块，用于向所述矿震仪、所述钻孔采集模块、所述井下采集模块提供授时、网络服务；
所述服务显示模块，还用于实时显示所述大能量微震信号、所述矿震信号、所述钻孔中的震动信号、所述井下震动信号和所述井下地音信号；
所述服务显示模块，还用于基于所述大能量微震信号、所述矿震信号、所述钻孔中的震动信号、所述井下震动信号和所述井下地音信号对煤矿采掘工作面进行实时分析监测；
所述服务显示模块包括：授时卫星、网络时间服务器和地面数据采集服务器，所述授时卫星，用于向所述矿震仪和所述钻孔采集模块提供授时的卫星信号时间源；所述网络时间服务器，同于向所述井下采集模块提供授时的网络信号时间源；所述地面数据采集服务器，用于接收所述矿震仪、所述钻孔采集模块、所述井下采集模块发送的所述大能量微震信号、所述矿震信号、所述钻孔中的震动信号、所述井下震动信号和所述井下地音信号；
所述钻孔采集模块还包括：钻孔用地面采集仪和第一信号传输电缆，所述钻孔用地面采集仪，用于通过所述第一信号传输电缆采集所述第一微震传感器采集到的钻孔中的震动信号，并将所述钻孔中的震动信号发送到所述地面数据采集服务器；
所述井下采集模块还包括：矿用电源、第二信号传输电缆和矿井数据通信光缆，所述多功能微震传感器，用于通过所述第二信号传输电缆采集所述第二微震传感器采集到的井下震动信号，及所述地音传感器采集到的井下地音信号，并通过所述矿井数据通信光缆传输到所述地面数据采集服务器；所述矿用电源，用于向所述多功能微震传感器、所述第二微震传感器和所述地音传感器提供电能；
所述多功能微震传感器，包括：三分量振动传感器、第一数据采集卡、第二数据采集卡和第三授时模块，所述三分量振动传感器，用于采集所述多功能微震传感器所在位置处的井下震动信号；所述第一数据采集卡，用于采集所述三分量振动传感器的震动数据，并通过所述矿井数据通信光缆传输到所述地面数据采集服务器；所述第二数据采集卡，用于采集所述第二微震传感器采集到的井下震动信号，及所述地音传感器采集到的井下地音信号，并通过所述矿井数据通信光缆传输到所述地面数据采集服务器；所述第三授时模块，用于接收网络时间服务器发出的时间信息，并将所述时间信息发送给第一数据采集卡、第二数据采集卡；
当监测工作面顶板覆岩运动规律时，在工作面两顺槽中每间隔50-100m安装一个第一微震传感器或第二微震传感器或三分量低频矿震传感器，且第一微震传感器或第二微震传感器或三分量低频矿震传感器的覆盖范围为工作面前方300-500m的区域；
当监测工作面导水裂隙带发育、水力压裂裂隙扩展规律时，在监测区域附近100-200m范围内布设大于等于8个通道的第二微震传感器；
当监测采煤工作面冲击地压时，在工作面两顺槽中每间隔50-200m安装一个第一微震传感器或第二微震传感器或三分量低频矿震传感器，且第一微震传感器或第二微震传感器或三分量低频矿震传感器的覆盖范围为工作面前方应力集中区域；
当监测掘进工作面煤与瓦斯突出和冲击地压灾害时，在监测区域中每间隔30-100m安装一个地音传感器，且监测区域内的地音传感器的数量大于等于6。
2.如权利要求1所述的震动场监测系统，其特征在于，所述服务显示模块还包括：交换机、客户端和4G/5G基站；
所述交换机，用于基于IEE1588协议实现网络授时；
所述客户端，用于显示所述大能量微震信号、所述矿震信号、所述钻孔中的震动信号、所述井下震动信号和所述井下地音信号；
所述客户端，还用于对所述大能量微震信号、所述矿震信号、所述钻孔中的震动信号、所述井下震动信号和所述井下地音信号进行分析，判断是否发生煤矿灾害及灾害类型；
所述4G/5G基站，用于向所述矿震仪、所述钻孔采集模块、所述井下采集模块提供网络。
3.如权利要求2所述的震动场监测系统，其特征在于，所述矿震仪还包括：第一数据采集单元、第一数据收发单元、第一授时天线和第一授时模块；
所述第一数据采集单元，用于采集所述三分量低频矿震传感器上的所述大能量微震信号、所述矿震信号；
所述第一数据收发单元，用于将所述大能量微震信号、所述矿震信号发送到所述地面数据采集服务器；
所述第一授时天线，用于接收所述授时卫星发送的卫星信号时间源；
所述第一授时模块，用于基于所述卫星信号时间源向所述第一数据采集单元提供时间信息。
4.如权利要求3所述的震动场监测系统，其特征在于，所述矿震仪还包括：第一避雷针、第一太阳能板、第一蓄电池供电控制单元；
所述第一太阳能板，用于将光能转换为电能，然后将所述电能输送到所述第一蓄电池供电控制单元；
所述第一蓄电池供电控制单元，用于向所述三分量低频矿震传感器、所述第一数据采集单元、第一数据收发单元、第一授时天线和第一授时模块提供电能。
5.如权利要求1所述的震动场监测系统，其特征在于，所述震动场监测系统还包括：基桩；
所述矿震仪通过所述基桩安装在煤矿地面上。
6.如权利要求1所述的震动场监测系统，其特征在于，所述钻孔用地面采集仪包括：第二数据采集单元、第二数据收发单元、第二授时天线、第二授时模块、第二避雷针、第二太阳能板、第二蓄电池供电控制单元。
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