一种矿用主动层析成像监测煤体应力方法

1.本发明涉及开采过程中煤体应力监测技术领域，具体涉及一种矿用主动层析成像监测煤体应力方法。


背景技术：

2.随着浅部资源日益枯竭，煤炭开采深度逐渐增加，煤体应力变大，在工作面推采过程中，也会导致煤体应力增加，甚至在开采扰动下诱发冲击地压。因此，监测煤体应力大小，取卸压解危措施，有助于预防当应力较大时引发的事故。目前，现有的监测煤体应力方法，一般采取钻孔应力计来监测煤体应力，但是由于钻孔会导致煤体破碎，以及安装时导致的误差，会导致检测结果可信度不高；部分研究人员采用自然震源或爆破震源进行反演，也可以得到煤体的应力场，但是由于自然震源产生的射线数量有限，且能级大小不同，震源位置远近不同，震源信号在不同介质中会发生不同程度的衰减，导致反演结果可信度不高。
3.因此，基于上述，本发明针对现有监测方法的不足，提供防爆电火花震源的功率可调、实时监测、反映整体煤层应力场变化、不对煤岩体产生影响、震源坐标已知、传播路径基本一致等，提高了反演煤体应力结果的可信度，以期达到更具有更加实用性的目的。


技术实现要素：

4.针对现有问题，本发明提供一种矿用主动层析成像监测煤体应力方法，以解决上述背景技术中提出的问题。本发明中防爆电火花震源可根据两顺槽距离调节合适的功率，确保信号接受，且不对煤岩体产生影响；震源坐标已知，震源产生不断的相同信号，被已知坐标的微震传感器接收，传播路径一致，提高了波速反演煤体应力场结果的可信度；反映整体煤层应力场变化，解决了传统应力计监测范围有限的问题；本发明以波速在应力不同煤体中传播速度不同来反演应力场，不会因为钻孔卸压后煤体破碎导致应力集中不均匀而影响应力监测结果，同时在地面主机中应用程序实现实时生成煤体应力云图。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种矿用主动层析成像监测煤体应力方法，包括防爆电火花震源，所述防爆电火花震源与电源开关相连，所述防爆电火花震源布置在运输顺槽，所述防爆电火花震源可以设定激发间隔和震源能量；所述电火花震源产生的信号由布置在回风顺槽的微震传感器接收；所述微震传感器使用锚杆固定在煤帮上；所述微震传感器由线缆与地面主机连接，用于传输和分析信号；所述地面主机由数据采集仪和数据分析仪组成，所述数据采集仪可以采集到震源点坐标、震源信号的起震时刻、到时及微震传感器坐标等数据，所述数据分析仪器可以进行波速反演得到实时煤体应力云图。
7.作为本发明进一步的方案是：所述微震传感器通过螺纹与锚杆连接，锚固在煤帮上。
8.作为本发明再进一步的方案是：所述微震传感器安装在预制有与锚杆外螺纹匹配的内螺纹的套筒内。
9.作为本发明再进一步的方案是：所述套筒经过密封处理。
10.本发明的有益效果是，防爆电火花震源的功率可调，可以根据两顺槽距离调节合适的功率，确保微震传感器可以接受到信号，且不对煤岩体产生影响；本发明震源坐标已知，且可以确保震源不断产生相同的信号，并且被坐标已知的微震传感器接收到，确保传播路径基本一致，提高了波速反演的得到的煤体应力场结果的可信度；本发明可以反映整体煤层应力场变化，解决传统应力计监测范围有限的问题；本发明以波速在应力不同煤体中传播速度不同来反演应力场，不会因为钻孔卸压后煤体破碎导致应力集中不均匀而影响应力监测结果；本发明可以得到煤体实时应力场的变化。
附图说明
11.图1为本发明的布置示意图。
12.图2为本发明中微震传感器的安装示意图。
具体实施方式
13.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
14.如图1和2所示，一种矿用主动层析成像监测煤体应力方法，包括防爆电火花震源，所述防爆电火花震源与电源开关相连，所述防爆电火花震源布置在运输顺槽，所述防爆电火花震源可以设定激发间隔和震源能量。
15.所述电火花震源产生的信号由布置在回风顺槽的微震传感器接收；所述微震传感器使用锚杆固定在煤帮；所述锚杆尾部有预制外螺纹，所述微震传感器安装在预制有与锚杆外螺纹匹配的内螺纹的套筒内。
16.所述套筒经过防水密封处理，确保微震传感器不受损坏，保证接受信号的稳定。
17.所述微震传感器由线缆与地面主机连接，用于传输和分析信号；所述地面主机由数据采集仪和数据分析仪组成。
18.所述数据采集仪可以采集到震源点坐标、震源信号的起震时刻、到时及微震传感器坐标等数据，所述数据分析仪器可以进行波速反演得到实时煤体应力云图。
19.所述电火花震源和所述微震传感器的数量及安装时距离底板的高度可以根据实际情况调整，设备布置好后，根据现场实际情况调整电火花震源的功率，确保所有微震传感器可以接受到信号；接下来测试信号接收仪和信号分析仪效果，一切准备就绪，则可以开始生成煤体应力云图。
20.本发明的工作过程是：使用本发明时，先布置号电火花震源和微震传感器，然后连接线缆，调试地面信号采集仪和信号分析仪效果，然后开始实时生成煤体应力场。
21.具体工作过程为：设置好电火花震源的功率与激发间隔，在开采过程中，电火花震源不断产生相同的信号，经过基本相同的路径被微震传感器接收，而后上传到数据采集仪和数据分析仪中，经过数据分析仪中的波速反演程序生成煤体应力场。在推采过程中电火花震源能够源源不断的产生稳定震源信号，产生足够多的射线，煤体应力产生的变化会通
过波速反演程序准确的反应在数据分析仪上，我们也可以根据煤体应力的变化采取相应的手段，确保生产的安全进行，及井下设施和人员的安全。
22.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
23.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。


技术特征：
1.一种矿用主动层析成像监测煤体应力方法，其特征在于：主要包括防爆电火花震源、电源开关、微震传感器、线缆、地面主机等设备组成，所述防爆电火花震源布置在运输顺槽，与电源开关相连，可以设定激发间隔和震源能量；所述微震传感布置在回风顺槽、固定在煤帮的锚杆上，可以接收电火花震源产生的信号；所述的线缆连接微震传感器与地面主机，用于信号传输；所述地面主机由数据采集仪和数据分析仪组成，所述数据采集仪可以采集到震源点坐标、震源信号的起震时刻、到时及微震传感器坐标等数据，所述数据分析仪器可以进行波速反演得到实时煤体应力云图。2.根据权利要求1所述的一种矿用主动层析成像监测煤体应力方法，其特征在于，激发间隔可调，震源功率可调，可以保证微震传感器接收到信号同时不破坏煤体。3.根据权利要求1所述的一种矿用主动层析成像监测煤体应力方法，其特征在于，震源点坐标已知，能够提高反演结果准确性。4.根据权利要求1所述的一种矿用主动层析成像监测煤体应力方法，其特征在于，用于固定微震传感器的锚杆尾部有预制外螺纹。5.根据权利要求1和4所述的一种矿用主动层析成像监测煤体应力方法，其特征在于，所述微震传感器安装在预制有与锚杆外螺纹匹配的内螺纹的套筒内。6.根据权利要求5所述的一种矿用主动层析成像监测煤体应力方法，其特征在于，所述套筒经过水胶密封处理。7.根据权利要求1所述的一种矿用主动层析成像监测煤体应力方法，其特征在于，地面数据分析仪中有分析数据用的反演应用程序，可以实时生成煤体应力云图。

技术总结
本发明公开一种矿用主动层析成像监测煤体应力方法，涉及开采过程中煤体应力监测技术领域，可应用于矿山生产等应力场监测分析。该方法主要包括：防爆电火花震源、电源开关、微震传感器、线缆、地面主机等设备组成。所述防爆电火花震源布置在运输顺槽，与电源开关相连，可以设定激发间隔和震源能量；所述微震传感布置在回风顺槽、固定在煤帮的锚杆上，可以接收电火花震源产生的信号；所述的线缆连接微震传感器与地面主机，用于信号传输；所述地面主机由数据采集仪和数据分析仪组成，所述数据采集仪可以采集到震源点坐标、震源信号的起震时刻、到时及微震传感器坐标等数据，所述数据分析仪器可以进行波速反演得到实时煤体应力云图。本发明的有益效果是，防爆电火花震源的功率可调、实时监测、反映整体煤层应力场变化、不对煤岩体产生影响、震源坐标已知、传播路径基本一致等，提高了反演煤体应力结果的可信度，解决传统应力计监测有限的问题。传统应力计监测有限的问题。传统应力计监测有限的问题。


技术研发人员：付洪源 潘一山 宋义敏
受保护的技术使用者：辽宁工程技术大学
技术研发日：2022.03.28
技术公布日：2022/7/12