一種基于聲發(fā)射的巖爆前兆預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及礦山安全技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種基于聲發(fā)射的巖爆前兆預(yù)警系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，礦產(chǎn)資源的需求不斷增加，礦產(chǎn)資源開采逐步由淺部向深部區(qū)域轉(zhuǎn)移。深部礦產(chǎn)資源處在復(fù)雜的地質(zhì)條件和應(yīng)力環(huán)境中，巖爆等動(dòng)力災(zāi)害頻繁發(fā)生，造成了設(shè)備損壞、人員傷亡，影響了礦產(chǎn)資源的安全高效生產(chǎn)。因此，巖爆等動(dòng)力災(zāi)害嚴(yán)重阻礙了礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用，動(dòng)力災(zāi)害的監(jiān)測預(yù)警問題亟待解決。
[0003]目前礦山巖爆災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警主要有巖體應(yīng)力變形監(jiān)測、微震監(jiān)測系統(tǒng)預(yù)警等方法。由于現(xiàn)場應(yīng)力環(huán)境的復(fù)雜性和動(dòng)力災(zāi)害發(fā)生的不確定性，常規(guī)的巖體應(yīng)力變形監(jiān)測手段往往難以準(zhǔn)確表征巖爆前兆信息，預(yù)警關(guān)鍵點(diǎn)難以準(zhǔn)確識(shí)別、準(zhǔn)確率較低。微震監(jiān)測系統(tǒng)能對(duì)全礦范圍進(jìn)行監(jiān)測，獲得大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，但如何選取合適、有效的微震參數(shù)表征預(yù)警判據(jù)，仍未得到很好的解決。同時(shí)，微震監(jiān)測系統(tǒng)造價(jià)高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、現(xiàn)場缺乏熟練掌握和應(yīng)用微震監(jiān)測知識(shí)的專業(yè)技術(shù)人員，維護(hù)較為困難。因此，在國內(nèi)還沒有得到廣泛應(yīng)用。
[0004]聲發(fā)射是指材料受力后內(nèi)部微裂紋萌生、擴(kuò)展和斷裂，能量以應(yīng)力波的形式快速釋放。聲發(fā)射監(jiān)測是指采用聲發(fā)射儀器監(jiān)測、記錄聲發(fā)射信號(hào)，可用于工程巖體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。采用聲發(fā)射監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)對(duì)實(shí)驗(yàn)室?guī)r石力學(xué)試驗(yàn)和現(xiàn)場巖體監(jiān)測時(shí)，發(fā)現(xiàn)在巖石(體)破壞前都出現(xiàn)過聲發(fā)射相對(duì)平靜期。這一現(xiàn)象能夠?yàn)楝F(xiàn)場工程巖體巖爆災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警提供新的思路，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型針對(duì)礦山、隧道、水電、交通、邊坡等工程領(lǐng)域中巖爆等動(dòng)力災(zāi)害預(yù)警效果差，容易產(chǎn)生錯(cuò)誤的預(yù)警結(jié)論等問題，提供一種基于聲發(fā)射的巖爆前兆預(yù)警系統(tǒng)。
[0006]該系統(tǒng)包括聲發(fā)射傳感器、聲發(fā)射數(shù)據(jù)采集儀、信號(hào)放大器、無線信號(hào)收發(fā)器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)、報(bào)警裝置、GPRS模塊、手機(jī)和通信電纜，聲發(fā)射傳感器經(jīng)通信電纜與聲發(fā)射數(shù)據(jù)采集儀相連，聲發(fā)射數(shù)據(jù)采集儀通過信號(hào)放大器與無線信號(hào)收發(fā)器相連，無線信號(hào)收發(fā)器之間為無線連接，地表監(jiān)測站內(nèi)的無線信號(hào)收發(fā)器通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)相連，計(jì)算機(jī)經(jīng)報(bào)警裝置和GPRS模塊相連，GPRS模塊通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)與手機(jī)連接。
[0007]聲發(fā)射傳感器具有定位功能，定位精度高，靈敏度好，能適應(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境。為了提高聲發(fā)射事件定位效果，傳感器數(shù)量應(yīng)不少于6個(gè)；聲發(fā)射數(shù)據(jù)采集儀為多通道監(jiān)測儀器，內(nèi)置模擬濾波器去除噪聲事件，具有高采樣率。
[0008]采用該基于聲發(fā)射的巖爆前兆預(yù)警系統(tǒng)的巖爆前兆識(shí)別方法具體步驟如下:
[0009](I)確定現(xiàn)場重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)域(采掘工作面、地質(zhì)構(gòu)造帶、島型或半島型礦柱等)，合理布置監(jiān)測點(diǎn)，并進(jìn)行編號(hào)；
[0010](2)安裝聲發(fā)射監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng):根據(jù)設(shè)計(jì)的監(jiān)測點(diǎn)的地理坐標(biāo)在監(jiān)測區(qū)域打鉆孔，合理布置聲發(fā)射傳感器，形成傳感器陣列。將聲發(fā)射傳感器、聲發(fā)射數(shù)據(jù)采集儀、信號(hào)放大器、無線信號(hào)收發(fā)器依次用通信電纜相連，無線信號(hào)收發(fā)器之間為無線連接。地表監(jiān)測站內(nèi)的無線信號(hào)收發(fā)器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)、報(bào)警裝置和GPRS模塊依次用通信電纜相連，GPRS模塊和手機(jī)采用GPRS無線網(wǎng)絡(luò)連接。
[0011](3)在地表監(jiān)測站的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行聲發(fā)射數(shù)據(jù)處理分析軟件，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。調(diào)試正常后，系統(tǒng)正式運(yùn)行，實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測井下巖體變化，在計(jì)算機(jī)屏幕上實(shí)時(shí)顯示、記錄聲發(fā)射參數(shù)時(shí)序變化曲線和事件空間定位效果；
[0012](4)在地表監(jiān)測站的計(jì)算機(jī)顯示屏上可以實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的聲發(fā)射事件定位結(jié)果，獲得由于開采擾動(dòng)誘發(fā)的聲發(fā)射事件時(shí)空分布特征，從而確定聲發(fā)射事件發(fā)生異常區(qū)域，結(jié)合聲發(fā)射相對(duì)平靜期巖爆前兆綜合分析，制定合理的調(diào)整計(jì)劃，提前采取必要的預(yù)防措施。
[0013]其中，上述的聲發(fā)射參數(shù)，包括聲發(fā)射事件率、聲發(fā)射能量率、聲發(fā)射幅值、聲發(fā)射頻率等時(shí)序參數(shù)。聲發(fā)射事件率是指聲發(fā)射監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)單位時(shí)間監(jiān)測到的聲發(fā)射事件數(shù)；聲發(fā)射能量率是指單位時(shí)間聲發(fā)射時(shí)間信號(hào)所釋放的能量；聲發(fā)射幅值指的是聲發(fā)射信號(hào)波形的最大振幅值；聲發(fā)射頻率指的是聲發(fā)射信號(hào)的頻率。
[0014]在礦石開采過程中，巖體介質(zhì)在應(yīng)力場擾動(dòng)下會(huì)出現(xiàn)微裂紋萌生、擴(kuò)展。貫通直至失穩(wěn)破壞，同時(shí)能量以應(yīng)力波的形式傳播聲發(fā)射事件。采用聲發(fā)射監(jiān)測巖體變化時(shí)，聲發(fā)射活動(dòng)變化與微裂紋的發(fā)展是相對(duì)應(yīng)的。隨著微裂紋的不斷發(fā)展，聲發(fā)射活動(dòng)相應(yīng)增強(qiáng)。在巖體宏觀失穩(wěn)前，聲發(fā)射參數(shù)(事件率、能量率、幅值、頻率)突然降低，出現(xiàn)相對(duì)平靜期。通過相對(duì)平靜期后，聲發(fā)射參數(shù)急劇增加，巖體發(fā)生結(jié)構(gòu)性的破壞失穩(wěn)。因此，巖體破壞前出現(xiàn)的聲發(fā)射相對(duì)平靜期可作為現(xiàn)場巖體發(fā)生巖爆的前兆信息，聲發(fā)射相對(duì)平靜期的起始點(diǎn)可認(rèn)為是巖爆災(zāi)害的預(yù)警關(guān)鍵點(diǎn)。
[0015]本實(shí)用新型方法采用聲發(fā)射監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)對(duì)開挖后的巖體進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測區(qū)域巖體破壞失穩(wěn)前出現(xiàn)聲發(fā)射相對(duì)平靜期這一現(xiàn)象，作為監(jiān)測區(qū)域巖體發(fā)生巖爆災(zāi)害的前兆信息，聲發(fā)射相對(duì)平靜期起始點(diǎn)可作為監(jiān)測區(qū)域巖體發(fā)生巖爆災(zāi)害的預(yù)警關(guān)鍵點(diǎn)。
[0016]本實(shí)用新型的上述技術(shù)方案的有益效果如下:
[0017]本實(shí)用新型采用巖體破壞失穩(wěn)前出現(xiàn)聲發(fā)射相對(duì)平靜期進(jìn)行巖爆災(zāi)害前兆預(yù)警識(shí)別，能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測巖體變化。該方法簡單，容易實(shí)施，可靠度高，不需要消耗巨大的人力、物力、財(cái)力投入，具有較好的適用性。適用于礦山巖體破裂失穩(wěn)引起的巖爆等動(dòng)力災(zāi)害預(yù)警，也適用于礦山、隧道、水電、交通、邊坡等大型巖體工程動(dòng)力災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型的一種基于聲發(fā)射的巖爆前兆預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
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