本發(fā)明涉及沖擊地壓監(jiān)測，尤其涉及一種井下沖擊地壓監(jiān)測方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在相關(guān)技術(shù)中，cn116006266a公開了一種煤礦沖擊地壓的監(jiān)測裝置和方法，其中，煤礦沖擊地壓的監(jiān)測裝置部署在煤礦井下，裝置包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊以及數(shù)據(jù)可視化模塊，數(shù)據(jù)采集模塊安裝在煤礦井下的工作區(qū)，用于采集工作區(qū)產(chǎn)生的微震信號，數(shù)據(jù)分析模塊與數(shù)據(jù)采集模塊連接，用于對微震信號進(jìn)行沖擊地壓的風(fēng)險評估，以得到微震信號對應(yīng)的第一沖擊風(fēng)險信息，數(shù)據(jù)可視化模塊與數(shù)據(jù)分析模塊連接，用于顯示第一沖擊風(fēng)險信息并預(yù)警，由此，基于對煤礦井下的工作區(qū)產(chǎn)生的微震信號進(jìn)行沖擊地壓的風(fēng)險評估，實(shí)現(xiàn)煤礦沖擊地壓的井下預(yù)警，保障沖擊地壓對應(yīng)沖擊風(fēng)險信息的實(shí)時性，提高煤礦井下工作區(qū)作業(yè)人員的安全性。

2、cn114017121a公開了一種基于應(yīng)變場的沖擊地壓實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)及預(yù)警方法，系統(tǒng)包含光纖傳感器、光纜、光纖應(yīng)變測試儀、監(jiān)測中心、用戶終端。將光纖傳感器陣列式布置到煤礦井下采掘空間的圍巖體中，形成覆蓋監(jiān)測區(qū)域的光纖傳感網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時采集并處理每個光纖光柵傳感器或每條監(jiān)測光纖的應(yīng)變數(shù)據(jù)，分析煤巖體內(nèi)部應(yīng)變場各監(jiān)測指標(biāo)的變化規(guī)律，根據(jù)其對沖擊地壓危險的響應(yīng)程度確定具體敏感監(jiān)測指標(biāo)；根據(jù)各監(jiān)測敏感指標(biāo)隨著時間和空間的變化規(guī)律識別沖擊地壓危險并預(yù)警，形成基于應(yīng)變場的沖擊地壓危險實(shí)時監(jiān)測預(yù)警方法。此方案因傳感器埋入煤巖體內(nèi)部受現(xiàn)場條件影響小、通過網(wǎng)格式在線監(jiān)測實(shí)現(xiàn)采掘空間應(yīng)變場時空變化的精細(xì)感知、測試精度和測試空間分辨率高，能夠及時、準(zhǔn)確辨識煤礦沖擊地壓災(zāi)害風(fēng)險，創(chuàng)新和完善現(xiàn)有的沖擊地壓預(yù)防技術(shù)體系。

3、因此，相關(guān)技術(shù)中，雖然可以辨識沖擊地壓災(zāi)害風(fēng)險，但并未基于礦層內(nèi)部狀況和外部狀況對沖擊地壓進(jìn)行全面監(jiān)測，也并未基于井下環(huán)境狀況對沖擊地壓的危險等級進(jìn)行預(yù)警，從而難以全面且精確地監(jiān)測沖擊地壓的危險情況。

4、公開于本技術(shù)背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在加深對本技術(shù)的一般背景技術(shù)的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種井下沖擊地壓監(jiān)測方法和系統(tǒng)，能夠解決相關(guān)技術(shù)難以全面且精確地監(jiān)測沖擊地壓的危險情況的技術(shù)問題。

2、根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種井下沖擊地壓監(jiān)測方法，包括：將井下的礦層區(qū)域劃分為多個監(jiān)測區(qū)域，在每個監(jiān)測區(qū)域的中間位置處設(shè)置超聲波收發(fā)器，其中，所述超聲波收發(fā)器用于向礦層發(fā)送第一振幅的測試聲波，并接收由所述測試聲波反射回來的聲波信號，并記錄聲波信號的振幅；在當(dāng)前監(jiān)測周期的多個時刻，獲取每個監(jiān)測區(qū)域的超聲波收發(fā)器接收由所述測試聲波反射回來的聲波信號的第二振幅；根據(jù)所述第一振幅和所述第二振幅，確定礦層內(nèi)部變化評分；在每個巷道的兩側(cè)巖壁中的右側(cè)巖壁中間高度位置處設(shè)置多個第一激光測距儀，并確定當(dāng)前監(jiān)測周期的結(jié)束時刻的第一激光測距儀測量到的第一距離，在每個巷道底板的縱向中間位置處設(shè)置多個第二激光測距儀，并確定當(dāng)前監(jiān)測周期的結(jié)束時刻的第二激光測距儀測量到的第二距離，其中，第一激光測距儀和第二激光測距儀發(fā)射激光方向與安裝位置所在平面垂直；根據(jù)所述第一距離和所述第二距離，確定礦層外部變化評分；根據(jù)所述礦層內(nèi)部變化評分和所述礦層外部變化評分加權(quán)求和的結(jié)果，確定井下沖擊地壓評分；通過溫度傳感器、濕度傳感器和有害氣體傳感器，獲取當(dāng)前監(jiān)測周期的多個時刻的溫度數(shù)據(jù)、濕度數(shù)據(jù)和有害氣體濃度數(shù)據(jù)；根據(jù)所述溫度數(shù)據(jù)、所述濕度數(shù)據(jù)和所述有害氣體濃度數(shù)據(jù)，確定環(huán)境評分；根據(jù)所述井下沖擊地壓評分和所述環(huán)境評分，確定井下沖擊地壓危險等級。

3、進(jìn)一步地，根據(jù)所述第一振幅和所述第二振幅，確定礦層內(nèi)部變化評分，包括：對所述第二振幅和當(dāng)前監(jiān)測周期中的時刻進(jìn)行擬合，獲得當(dāng)前監(jiān)測周期中的第二振幅變化函數(shù)；根據(jù)所述第二振幅變化函數(shù)，確定第二振幅變化導(dǎo)函數(shù)；根據(jù)所述第二振幅變化導(dǎo)函數(shù)，確定當(dāng)前監(jiān)測周期中多個時刻的第二振幅變化率；根據(jù)所述第二振幅變化率、所述第一振幅和所述第二振幅，確定礦層內(nèi)部變化評分。

4、進(jìn)一步地，根據(jù)所述第二振幅變化率、所述第一振幅和所述第二振幅，確定礦層內(nèi)部變化評分，包括：根據(jù)公式確定礦層內(nèi)部變化評分，其中，為第一振幅，為第i個監(jiān)測區(qū)域在當(dāng)前監(jiān)測周期的第k個時刻的第二振幅，為第i個監(jiān)測區(qū)域在當(dāng)前監(jiān)測周期的第k個時刻的第二振幅變化率，為第二振幅變化率閾值，為監(jiān)測區(qū)域的數(shù)量，為監(jiān)測周期的時刻數(shù)，i≤，k≤，且i、k、和均為正整數(shù)，min為取最小值函數(shù)。

5、進(jìn)一步地，根據(jù)所述第一距離和所述第二距離，確定礦層外部變化評分，包括：將多個第一激光測距儀測量到的多個第一距離求平均，獲得平均第一距離；將多個第二激光測距儀測量到的多個第二距離求平均，獲得平均第二距離；獲取上個歷史監(jiān)測周期的結(jié)束時刻的第一激光測距儀測量到的歷史第一距離；將多個第一激光測距儀測量到的多個歷史第一距離求平均，獲得平均歷史第一距離；獲取上個歷史監(jiān)測周期的結(jié)束時刻的第二激光測距儀測量到的歷史第二距離；將多個第二激光測距儀測量到的多個歷史第二距離求平均，獲得平均歷史第二距離；根據(jù)所述平均第一距離、所述平均第二距離、所述平均歷史第一距離和所述平均歷史第二距離，確定礦層外部變化評分。

6、進(jìn)一步地，根據(jù)所述平均第一距離、所述平均第二距離、所述平均歷史第一距離和所述平均歷史第二距離，確定礦層外部變化評分，包括：根據(jù)公式、確定礦層外部變化評分，其中，為第j個巷道的礦層外部變化評分，為第j個巷道的平均第一距離，為第j個巷道的平均第二距離，為第j個巷道的平均歷史第一距離，為第j個巷道的平均歷史第二距離，為第一距離閾值，為第二距離閾值，和為預(yù)設(shè)權(quán)重，且，為巷道的數(shù)量，j≤，且j和均為正整數(shù)。

7、進(jìn)一步地，根據(jù)所述溫度數(shù)據(jù)、所述濕度數(shù)據(jù)和所述有害氣體濃度數(shù)據(jù)，確定環(huán)境評分，包括：根據(jù)公式確定環(huán)境評分，其中，為當(dāng)前監(jiān)測周期的第k個時刻的溫度數(shù)據(jù)，為當(dāng)前監(jiān)測周期的第k個時刻的標(biāo)準(zhǔn)溫度，為當(dāng)前監(jiān)測周期的第k個時刻的濕度數(shù)據(jù)，為當(dāng)前監(jiān)測周期的第k個時刻的標(biāo)準(zhǔn)濕度，為當(dāng)前監(jiān)測周期的第k個時刻的溫濕度狀態(tài)向量，為標(biāo)準(zhǔn)溫濕度狀態(tài)向量，為當(dāng)前監(jiān)測周期的第k個時刻的溫濕度狀態(tài)向量的模，為標(biāo)準(zhǔn)溫濕度狀態(tài)向量的模，為當(dāng)前監(jiān)測周期的第k個時刻的有害氣體濃度數(shù)據(jù)，為有害氣體濃度閾值，和為預(yù)設(shè)權(quán)重，且，為監(jiān)測周期的時刻數(shù)，k≤，且k和均為正整數(shù)。

8、進(jìn)一步地，根據(jù)所述井下沖擊地壓評分和所述環(huán)境評分，確定井下沖擊地壓危險等級，包括：當(dāng)所述井下沖擊地壓評分大于或等于設(shè)定井下沖擊地壓評分閾值，且環(huán)境評分小于設(shè)定環(huán)境評分閾值時，確定井下沖擊地壓危險等級為高級；當(dāng)所述井下沖擊地壓評分大于或等于設(shè)定評分閾值，且環(huán)境評分大于或等于設(shè)定環(huán)境評分閾值時，確定井下沖擊地壓危險等級為中級；當(dāng)所述井下沖擊地壓評分小于設(shè)定評分閾值時，確定井下沖擊地壓危險等級為低級。

9、根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種井下沖擊地壓監(jiān)測系統(tǒng)，包括：超聲波收發(fā)器模塊，用于將井下的礦層區(qū)域劃分為多個監(jiān)測區(qū)域，在每個監(jiān)測區(qū)域的中間位置處設(shè)置超聲波收發(fā)器，其中，所述超聲波收發(fā)器用于向礦層發(fā)送第一振幅的測試聲波，并接收由所述測試聲波反射回來的聲波信號，并記錄聲波信號的振幅；第二振幅模塊，用于在當(dāng)前監(jiān)測周期的多個時刻，獲取每個監(jiān)測區(qū)域的超聲波收發(fā)器接收由所述測試聲波反射回來的聲波信號的第二振幅；礦層內(nèi)部變化評分模塊，用于根據(jù)所述第一振幅和所述第二振幅，確定礦層內(nèi)部變化評分；第一距離和第二距離模塊，用于在每個巷道的兩側(cè)巖壁中的右側(cè)巖壁中間高度位置處設(shè)置多個第一激光測距儀，并確定當(dāng)前監(jiān)測周期的結(jié)束時刻的第一激光測距儀測量到的第一距離，在每個巷道底板的縱向中間位置處設(shè)置多個第二激光測距儀，并確定當(dāng)前監(jiān)測周期的結(jié)束時刻的第二激光測距儀測量到的第二距離，其中，第一激光測距儀和第二激光測距儀發(fā)射激光方向與安裝位置所在平面垂直；礦層外部變化評分模塊，用于根據(jù)所述第一距離和所述第二距離，確定礦層外部變化評分；井下沖擊地壓評分模塊，用于根據(jù)所述礦層內(nèi)部變化評分和所述礦層外部變化評分加權(quán)求和的結(jié)果，確定井下沖擊地壓評分；數(shù)據(jù)模塊，用于通過溫度傳感器、濕度傳感器和有害氣體傳感器，獲取當(dāng)前監(jiān)測周期的多個時刻的溫度數(shù)據(jù)、濕度數(shù)據(jù)和有害氣體濃度數(shù)據(jù)；環(huán)境評分模塊，用于根據(jù)所述溫度數(shù)據(jù)、所述濕度數(shù)據(jù)和所述有害氣體濃度數(shù)據(jù)，確定環(huán)境評分；井下沖擊地壓危險等級模塊，用于根據(jù)所述井下沖擊地壓評分和所述環(huán)境評分，確定井下沖擊地壓危險等級。

10、技術(shù)效果：根據(jù)本發(fā)明，通過超聲波收發(fā)器監(jiān)測礦層內(nèi)部的變化，可及時發(fā)現(xiàn)礦層內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)的改變，從而評估礦層內(nèi)部的穩(wěn)定性。使用激光測距儀監(jiān)測巷道的變化，可準(zhǔn)確反映礦層外部結(jié)構(gòu)的變形情況，從而評估巷道的穩(wěn)定性。通過監(jiān)測煤礦井下的環(huán)境狀況，可對沖擊地壓的危險等級進(jìn)行預(yù)警。通過井下實(shí)時監(jiān)測多方面數(shù)據(jù)，可全面且精確地監(jiān)測沖擊地壓的危險情況，提高預(yù)警的可靠性，有助于及時發(fā)現(xiàn)潛在的礦層變化，為預(yù)防沖擊地壓提供了科學(xué)依據(jù)。在確定礦層內(nèi)部變化評分時，可通過第二振幅變化率、第一振幅和第二振幅，確定礦層內(nèi)部變化評分，從礦層內(nèi)部平均應(yīng)力變化程度和平均應(yīng)力穩(wěn)定程度兩個方面，可準(zhǔn)確且客觀地描述礦層的整體穩(wěn)定性和沖擊地壓風(fēng)險，提高礦層內(nèi)部變化評分的全面性、準(zhǔn)確性和可靠性。在確定礦層外部變化評分時，可通過平均第一距離、平均第二距離、平均歷史第一距離和平均歷史第二距離，確定礦層外部變化評分，從而準(zhǔn)確且客觀地描述礦層的外部變化程度，即巷道的穩(wěn)定性狀況，及時發(fā)現(xiàn)和消除安全隱患，降低事故發(fā)生的概率，提高礦層外部變化評分的準(zhǔn)確性和可靠性。在確定環(huán)境評分時，可通過溫度數(shù)據(jù)、濕度數(shù)據(jù)和有害氣體濃度數(shù)據(jù)，確定環(huán)境評分，考慮溫度、濕度和有害濃度三個重要因素，可全面反映井下環(huán)境的實(shí)際狀況，從而提高環(huán)境評分的全面性和準(zhǔn)確性。

11、應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，而非限制本發(fā)明。根據(jù)下面參考附圖對示例性實(shí)施例的詳細(xì)說明，本發(fā)明的其它特征及方面將更清楚。