一种冲击地压局部监测预警系统及方法与流程

1.本发明涉及煤矿冲击地压防治技术领域，尤其涉及一种冲击地压局部监测预警系统及方法。


背景技术：

2.冲击地压是煤矿中一种典型的动力灾害，其发生时常常会造成巷道局部围岩的显著破坏，同时伴有明显震动和底鼓现象，对矿井的生产系统和人员生命造成极大威胁。当前冲击地压监测方法包括区域和局部两种方式的联合监测，其中区域监测为井田范围内的微震监测；局部监测包括地音、采动应力、电磁辐射及钻屑法监测。由于冲击地压往往在局部发生，区域性的微震监测无法实现对局部区域的预警，其主要原因是监测到的微震事件与冲击发生位置并不是一致的。距离巷道较远的较大微震事件能量传递到巷道时可能已经衰减，而距离巷道较近的微震事件也可能较小的能量就会造成巷道冲击破坏。因此，通过监测巷道围岩的局部震动会比监测远场的微震事件更有利于实现冲击地压的预警。
3.在传统的局部监测方法中，地音监测和电磁辐射监测抗干扰能力差，采动应力监测相对应力无法反映煤层的真实情况，钻屑法为人工操作不能实现连续监测，这些都造成当前局部监测预警准确率低的情况。由于巷道围岩变形是一个长期存在的现象，因此并未把围岩变形作为监测指标，而震动过程中造成的巷道围岩变形往往是发生冲击地压的前兆，发生冲击时的围岩变形与正常情况相比其差异主要体现在形变速度上。
4.另外当前的冲击地压监测预警系统都缺乏井下的实时报警装置，通常都是在达到预警值后，由地面监控人员发现，再反馈到井下，时间延迟较多，不利于井下人员的安全避险和危险处理。


技术实现要素：

5.本发明提供一种冲击地压局部监测预警系统及方法，用以解决现有的冲击地压监测方法存在准确率低的问题。
6.本发明提供一种冲击地压局部监测预警系统，包括：
7.报警装置；
8.震动传感器，所述震动传感器用于监测巷道围岩的震动位移量；
9.应变监测装置，所述应变监测装置用于监测巷道围岩的形变速度；
10.信号处理装置，所述信号处理装置分别与所述震动传感器、所述应变监测装置以及所述报警装置电连接，所述信号处理装置用于获取震动传感器监测的巷道围岩的震动位移量和应变监测装置监测的巷道围岩的形变速度；还用于确定巷道围岩的震动位移量大于震动位移临界值和/或巷道围岩的形变速度大于形变速度临界值，则控制所述报警装置报警。
11.根据本发明提供的一种冲击地压局部监测预警系统，所述报警装置为声光报警器。
12.根据本发明提供的一种冲击地压局部监测预警系统，所述报警装置设置于所述巷道的顶板或帮部。
13.根据本发明提供的一种冲击地压局部监测预警系统，所述应变监测装置包括应变感测光缆和/或应变传感器，所述应变监测装置设置于巷道的顶板、帮部或底板。
14.根据本发明提供的一种冲击地压局部监测预警系统，所述震动传感器设置于巷道的顶板、帮部或底板。
15.根据本发明提供的一种冲击地压局部监测预警系统，还包括存储模块，所述存储模块与所述信号处理装置电连接。
16.根据本发明提供的一种冲击地压局部监测预警系统，还包括无线通讯模块，所述无线通讯模块与所述信号处理装置电连接。
17.本发明还提供一种冲击地压局部监测预警方法，所述预警方法包括以下步骤：
18.步骤100，获取震动传感器监测的巷道围岩的震动位移量和应变监测装置监测的巷道围岩的形变速度；
19.步骤200，确定巷道围岩的震动位移量大于震动位移临界值和/或巷道围岩的形变速度大于形变速度临界值，则控制报警装置报警。
20.根据本发明提供的一种冲击地压局部监测预警方法，所述确定巷道围岩的震动位移量大于震动位移临界值和/或巷道围岩的形变速度大于形变速度临界值，则控制报警装置报警的步骤包括：
21.确定巷道围岩的震动位移量大于震动位移临界值，则控制所述报警装置进行闪光报警；
22.确定巷道围岩的形变速度大于形变速度临界值，则控制所述报警装置进行闪光报警和语音报警；
23.确定巷道围岩的震动位移量大于震动位移临界值和巷道围岩的形变速度大于形变速度临界值，则控制所述报警装置进行闪光报警和语音报警。
24.根据本发明提供的一种冲击地压局部监测预警方法，所述形变速度临界值为巷道围岩在常规矿压作用下的最大形变速度。
25.本发明提供的冲击地压局部监测预警系统，通过震动传感器监测巷道围岩的震动位移量，通过应变监测装置监测巷道围岩的形变速度；通过将巷道围岩的形变速度与巷道围岩的震动位移量相结合来预警冲击地压，能够有效提高冲击地压的预警准确率。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1是本发明提供的冲击地压局部监测预警系统的安装示意图；
28.图2是本发明提供的冲击地压局部监测预警方法的流程示意图。
29.附图标记：10、报警装置；20、震动传感器；30、信号处理装置；40、应变感测光缆；50、应变传感器；60、巷道；61、顶板；62、底板。
具体实施方式
30.下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
31.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
32.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
33.在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
34.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发明实施例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。
35.下面结合图1
‑
图2描述本发明的冲击地压局部监测预警系统及方法。
36.图1示例了本发明提供的冲击地压局部监测预警系统的安装示意图，如图1所示，冲击地压局部监测预警系统包括报警装置10、震动传感器20、应变监测装置和信号处理装置30，震动传感器20用于监测巷道围岩的震动位移量，应变监测装置用于监测巷道围岩的形变速度。信号处理装置30分别与震动传感器20、应变监测装置以及报警装置10电连接，信号处理装置30用于获取震动传感器20监测的巷道围岩的震动位移量和应变监测装置监测的巷道围岩的形变速度。信号处理装置30，还用于确定巷道围岩的震动位移量大于震动位移临界值和/或巷道围岩的形变速度大于形变速度临界值，则控制报警装置10报警。
37.本发明提供的冲击地压局部监测预警系统，通过震动传感器20监测巷道围岩的震动位移量，通过应变监测装置监测巷道围岩的形变速度；通过将巷道围岩的形变速度与巷道围岩的震动位移量相结合来预警冲击地压，能够有效提高冲击地压的预警准确率。
38.这里需要说明的是，本发明的巷道60包括回采巷道、准备巷道和开拓大巷及硐室等。
39.根据本发明的实施例，报警装置10为声光报警器，使用声光报警器既能单独进行闪光报警，又能单独进行声学报警，还能同时进行闪光报警和声学报警，报警功能的选择具体根据预警结果进行确定。当然为了方便安装，也可将声光报警器与震动传感器20集成于一体。
40.根据本发明的实施例，报警装置10设置于巷道60的顶板61或帮部，当确定巷道围岩的震动位移量大于震动位移临界值和/或巷道围岩的形变速度大于形变速度临界值时，信号处理装置30控制报警装置10报警。由于报警装置10设置于井下，且由信号处理装置30直接控制，相较于现有的预警系统，大大缩短了反馈时间。
41.根据本发明的实施例，应变监测装置包括应变感测光缆40和/或应变传感器50，应变监测装置设置于巷道60的顶板61、帮部或底板62。由于巷道60的顶板61和帮部均采取了支护措施，而底板62无支护，底板62对冲击的反应最为敏感，因此应变感测光缆40和/或应变传感器50优选安装于底板62。应变感测光缆40与应变传感器50可以同时组合使用，也可单独使用。将应变传感器50安装于底板62时，用于监测巷道60的底板62的形变速度。优选地，将应变传感器50设置于监测孔中的不同位置，通过应变传感器50来监测不同深度监测孔的形变速度。
42.根据本发明的实施例，震动传感器20设置于巷道60的顶板61、帮部或底板62，优选安装于巷道60的顶板61，从而提高监测范围和避免干扰。
43.根据本发明的实施例，冲击地压局部监测预警系统还包括存储模块，存储模块与信号处理装置30电连接。设置存储模块用于对震动位移量和形变速度进行本地存储，以便后期进行分析使用。
44.根据本发明的实施例，冲击地压局部监测预警系统还包括无线通讯模块，无线通讯模块与信号处理装置30电连接。无线通讯模块用于将震动位移量和形变速度发送至地面监控设备，由地面监控设备同时进行监测预警，提醒地面监测人员及时采取措施。
45.这里需要说明的是，信号处理装置30与地面监控设备的连接方式并不限定于无线连接，也可通过数据线进行连接。
46.根据本发明的实施例，冲击地压局部监测预警系统还包括显示器，显示器与信号处理装置30电连接。显示器用于显示各种参数，以便井下人员随时了解井下状况。
47.根据本发明的实施例，如图1所示，冲击地压局部监测预警系统包括报警装置10、震动传感器20、应变监测装置和信号处理装置30，震动传感器20用于监测巷道围岩的震动位移量，震动传感器20设置于巷道60的顶板61，将震动传感器20安装于巷道60的顶板61，可提高监测范围和避免干扰。应变监测装置用于监测巷道围岩的形变速度，应变监测装置包括应变感测光缆40和/或应变传感器50，应变感测光缆40和/或应变传感器50安装于底板62。应变感测光缆40与应变传感器50可以同时使用，也可单独使用。信号处理装置30为信号处理器，信号处理装置30分别与震动传感器20、应变监测装置以及报警装置10电连接，信号处理装置30用于获取震动传感器20监测的巷道围岩的震动位移量和应变监测装置监测的巷道围岩的形变速度。信号处理装置30还用于确定巷道围岩的震动位移量大于震动位移临界值和/或巷道围岩的形变速度大于形变速度临界值，则控制报警装置10报警。报警装置10为声光报警器，报警装置10设置于巷道60的顶板61或帮部。
48.图2示例了本发明提供的冲击地压局部监测预警方法的流程示意图，如图2所示，
本发明还提供一种冲击地压局部监测预警方法，预警方法包括以下步骤：
49.步骤100，获取震动传感器20监测的巷道围岩的震动位移量和应变监测装置监测的巷道围岩的形变速度；
50.步骤200，确定巷道围岩的震动位移量大于震动位移临界值和/或巷道围岩的形变速度大于形变速度临界值，则控制报警装置10报警。
51.震动位移临界值根据井下发生的人体能够感知到的最小震动事件进行确定，并根据震动位移大小调整预警的危险等级，其位移越大，预警的危险等级越高。形变速度临界值为巷道围岩在常规矿压作用下的最大形变速度，当超过最大形变速度后，则认为存在冲击危险。
52.根据本发明的实施例，确定巷道围岩的震动位移量大于震动位移临界值和/或巷道围岩的形变速度大于形变速度临界值，则控制报警装置10报警的步骤包括：
53.确定巷道围岩的震动位移量大于震动位移临界值，则控制报警装置10进行闪光报警；
54.当只有巷道围岩的震动位移量大于震动位移临界值，而巷道围岩的形变速度小于形变速度临界值，则表明巷道围岩发生了震动，但未造成破坏，信号处理装置30控制报警装置10只进行闪光报警，提醒相关人员查看。
55.确定巷道围岩的形变速度大于形变速度临界值，则控制报警装置10进行闪光报警和语音报警；
56.当巷道围岩的震动位移量小于震动位移临界值，而巷道围岩的形变速度大于形变速度临界值，则表明该处受静载影响，存在冲击可能，则信号处理装置30除了控制报警装置10进行闪光报警外，还控制报警装置10进行语音报警，提醒人员进行解危卸压。
57.确定巷道围岩的震动位移量大于震动位移临界值和巷道围岩的形变速度大于形变速度临界值，则控制报警装置10进行闪光报警和语音报警。
58.当巷道围岩的震动位移量大于震动位移临界值，而巷道围岩的形变速度大于形变速度临界值，表明该处在动载作用下存在冲击危险，则信号处理装置30除了控制报警装置10进行闪光报警外，还控制报警装置10进行语音报警，提醒该区域人员撤离。
59.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。