專利名稱：一種實(shí)時(shí)監(jiān)測礦井頂板巖層或混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種監(jiān)測裝置，具體來說是礦井頂板巖層穩(wěn)定性或混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的 實(shí)時(shí)監(jiān)測裝置。
背景技術(shù)：
從地下礦井中開采礦石,尤其地下開采煤礦時(shí)，礦區(qū)煤層頂板往往比較堅(jiān)硬、完整，不容 易跨塌，因此，礦區(qū)釆空區(qū)往往呈現(xiàn)大面積的懸頂現(xiàn)象,有些采空區(qū)懸頂面積有幾個(gè)足球場大。 由于采空了堅(jiān)硬頂板下的煤層，從而造成了礦區(qū)煤層頂板壓力集中現(xiàn)象，當(dāng)集中應(yīng)力的強(qiáng)度 超過巖石強(qiáng)度時(shí)，會發(fā)生頂板巖層斷裂、跨塌的情況發(fā)生，這種突然"冒頂"落下的巖石， 充填采空區(qū)，壓縮采空區(qū)的空氣(采空遺留著大量的殘采煤層，由于通風(fēng)不暢，在釆空區(qū)集 聚著瓦斯、 一氧化碳等有毒有害氣體)，形成暴風(fēng)，這種瞬間形成的暴風(fēng)，能量極大，暴風(fēng)的 沖擊波能將數(shù)噸重的井下設(shè)備掀出幾十米，甚至將井下礦車壓縮成一團(tuán)廢鐵。因此，頂板巖 層斷裂、跨塌現(xiàn)象的發(fā)生，常常給礦山造成災(zāi)難性的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失。
為了防止煤礦大面積冒頂事故的突然發(fā)生，通常采用頂板壓力傳感器、頂板位移傳感器 和頂板離層傳感器，通過測定頂板壓力的大小、頂板位移量和頂板離層值，預(yù)測發(fā)生大面積 冒落的危險(xiǎn)性。這種方法測定的數(shù)據(jù)雖然比較直觀，能夠說明監(jiān)測區(qū)域承受的壓力大小和下 沉量，但是這種方法是在巖層巳經(jīng)發(fā)生了明顯破壞、出現(xiàn)塑性變形的情況下，才能檢測到數(shù) 據(jù)的變化，而對需要監(jiān)測的局域內(nèi)巖層結(jié)構(gòu)，無法進(jìn)行早期預(yù)報(bào)或安全處理，很難及時(shí)的預(yù) 測頂板巖層會發(fā)生冒頂事故的具體時(shí)間以及可能發(fā)生事故的區(qū)域和規(guī)模。即，傳統(tǒng)方法監(jiān)測 的僅僅是巖石在應(yīng)力作用下產(chǎn)生的結(jié)果，而不是破壞過程。
同樣，對于鋼筋混凝土工程而言，如地鐵隧道、車站、大壩、橋梁及人員活動密集的高 樓大廈等，其安全性和穩(wěn)定性監(jiān)測的傳統(tǒng)監(jiān)測方法是混凝土澆灌前，在主要受力承載點(diǎn)的 鋼筋上，采用粘貼應(yīng)力、應(yīng)變片的方法，監(jiān)測這些工程的穩(wěn)定性。該方法雖然可以直接測量 出應(yīng)力和應(yīng)變的變化情況，但一旦埋設(shè)，無法更改，如果元件失效了，就無法再繼續(xù)測量了。 而對于沒有預(yù)埋應(yīng)力、應(yīng)變片的工程而言，則無法進(jìn)行該監(jiān)測工作。鋼筋混凝土工程的這種 監(jiān)測方法，只有在己經(jīng)發(fā)生了明顯破壞、出現(xiàn)塑性變形的情況下，才能檢測到數(shù)據(jù)的變化， 其無法進(jìn)行早期預(yù)報(bào)或安全處理——很難及時(shí)地預(yù)測混凝土結(jié)構(gòu)什么時(shí)間會發(fā)生冒頂、斷裂 事故，以及可能發(fā)生事故的區(qū)域和規(guī)模。g卩，其監(jiān)測的仍然是應(yīng)力作用的結(jié)果，而不是破壞 過程，只有材料發(fā)生了塑性變化，才造成應(yīng)力、應(yīng)變的變化。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于，提供一種實(shí)時(shí)監(jiān)測礦井頂板巖層或混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的裝置， 能夠及時(shí)而可靠的對地下采礦區(qū)的頂板巖層之穩(wěn)定性乃至鋼筋、混凝土材料工程之穩(wěn)定性， 實(shí)施安全可靠的監(jiān)測。
本實(shí)用新型的構(gòu)思來自傳統(tǒng)金屬材料監(jiān)測原理的啟發(fā)。傳統(tǒng)的金屬材料監(jiān)測技術(shù)的原理 為材料受到外力作用發(fā)生破壞時(shí)，會產(chǎn)生彈性應(yīng)力波(微震信號)。由于材料是非均質(zhì)性的， 材料結(jié)構(gòu)都有弱面和瑕疵，因此，在破壞時(shí)能承受的應(yīng)力大小各不相同，弱面和瑕疵發(fā)育的 部分首先破壞，此時(shí)產(chǎn)生的信號比較弱，釋放的能量也比較?。粡?qiáng)度和材質(zhì)比較好的部分承 受的應(yīng)力比較大，破壞時(shí)產(chǎn)生的信號比較強(qiáng)，釋放的能量也比較大。利用金屬材料的這種特性，開發(fā)的檢測材料穩(wěn)定性的方法，己經(jīng)延用到火箭、飛機(jī)、高壓容器等制造業(yè)。
傳統(tǒng)的金屬材料的材質(zhì)其剛性、強(qiáng)度、材質(zhì)的均值性都大大優(yōu)于巖石或混混凝土材料， 因此，在應(yīng)力作用下發(fā)生破壞時(shí)產(chǎn)生的彈性應(yīng)力波信號(微震信號)，釋放的能量大、信號量 強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)；傳統(tǒng)的金屬材料監(jiān)測技術(shù)，之所以能夠在金屬制造業(yè)中推廣應(yīng)用，除上述 原因外，更由于對金屬材料監(jiān)測時(shí)，都是在一個(gè)安靜的測試環(huán)境中進(jìn)行的，從而避免了環(huán)境 噪音的干擾。
巖石和混凝土材料其剛性、強(qiáng)度和材質(zhì)的均值性都大大弱于金屬材料，其承載特性無法 與金屬材料相比；由于巖石和混凝土材料的均值性差，弱面多和瑕疵發(fā)育；因此，這種材料 受應(yīng)力作用發(fā)生破壞時(shí)產(chǎn)生的彈性應(yīng)力波信號(微震信號)十分微弱，持續(xù)時(shí)間短，僅有 20ms 60ms;而且礦井或混凝土工程的監(jiān)測，往往處于一種人多、機(jī)械多之噪音干擾很大的 環(huán)境，需要監(jiān)測、采集巖層或混凝土材料破壞的產(chǎn)生的彈性應(yīng)力波信號(微震信號)十分微 弱；被埋沒在混雜的噪音信號之中。如何在如此強(qiáng)噪音的環(huán)境中，篩選出反映巖層或混凝土 結(jié)構(gòu)破壞時(shí)產(chǎn)生的十分微弱的微震信號，長期以來一直是困擾著國內(nèi)外研究者的一大難題。
本實(shí)用新型巧妙地將傳統(tǒng)金屬材料監(jiān)測原理，運(yùn)用到礦井頂板巖層或混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性 的監(jiān)測中，并針對巖石和混凝土材料受應(yīng)力作用發(fā)生破壞時(shí)產(chǎn)生的彈性應(yīng)力波信號(微震信 號)弱，持續(xù)時(shí)間短的特點(diǎn)及其防止或?yàn)V除環(huán)境噪音的干擾的問題，做出實(shí)質(zhì)性的突破。本 實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的-
1. 構(gòu)成本實(shí)用新型主要由下述部件組成
1) 微震信號傳導(dǎo)桿——選擇微震信號的采集點(diǎn)，傳導(dǎo)微震信號
2) 微震信號傳感元件一一接收微震信號，將微震信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺?br>
3) 微震信號采集分析主機(jī)——含有濾除環(huán)境噪音信號干擾的濾波電路、數(shù)據(jù)高速采樣 電路和采用人工智能技術(shù)實(shí)時(shí)分析礦井頂板巖層或混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的專家診斷分析軟 件。
把上述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和分析結(jié)果通過傳輸電纜傳送到地面實(shí)時(shí)監(jiān)控中心站；實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話，
完成各種顯示、報(bào)警、報(bào)表輸出。
使用時(shí)，根據(jù)礦井中的環(huán)境條件、巖層特性進(jìn)行安裝。打一個(gè)鉆孔，將微震信號傳導(dǎo)桿 插入煤層或巖層屮；微震信號傳導(dǎo)桿的一端插入煤層或巖層中，微震信號傳導(dǎo)桿的另一端安 裝微震信號傳感元件，用屏蔽電纜線將傳感元件與微震信號采集分析主機(jī)相連，并通過通訊 電纜線將微震信號采集分析主機(jī)與地面中心站微機(jī)相連。
在混凝土結(jié)構(gòu)的工程中，使用時(shí)，根據(jù)要監(jiān)測結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在可能的應(yīng)力集中點(diǎn)，將微 震信號傳感元件安裝座固結(jié)在混凝土結(jié)構(gòu)的表面上，其余器件安裝方法同上所述。
2. 環(huán)境噪音信號的濾除
研究發(fā)現(xiàn)所有的機(jī)械噪音信號有明顯的周期性，這是由機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的固有頻率 (運(yùn)行速率)所決定的，機(jī)械噪音信號振幅和波形有一定的規(guī)律性。
從兩種信號的傳輸方向噪音信號產(chǎn)生在人工作業(yè)空間，而巖石或混凝土結(jié)構(gòu)破壞 產(chǎn)生的微震信號來源于巖體或混凝土材料內(nèi)部，傳輸方向正好相反。
兩種信號的頻譜范圍研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)械噪音信號為高頻信號，是巖石或混凝土結(jié)構(gòu)破壞產(chǎn)生的微震信號之2 5倍；巖石或混凝土結(jié)構(gòu)破壞產(chǎn)生的微震信號是低頻信號， 頻率范圍在130Hz 900Hz之間，主頻在250Hz 480H之間。
兩種的信號波形機(jī)械噪音信號是一個(gè)連續(xù)的、等幅的脈沖波；巖石或混凝土結(jié)構(gòu) 破壞產(chǎn)生的微震信號是一個(gè)非連續(xù)的、非等幅的脈沖波，每次斷裂破壞時(shí)產(chǎn)生的微震信 號持續(xù)時(shí)間僅有20mS 60mS。
根據(jù)上述諸多特點(diǎn)，利用傳輸方向的不同，本發(fā)明開發(fā)了應(yīng)用微震信號傳導(dǎo)桿接收 微震信號的技術(shù)；利用對信號頻率的研究成果，研發(fā)了跟隨轉(zhuǎn)換主頻在200Hz 500Hz 范圍內(nèi)微震信號傳感、接收元件；利用波形的差異，開發(fā)了相應(yīng)的硬件濾波電路和數(shù)據(jù) 高速采樣電路。基本達(dá)到了在各種人工和機(jī)械作業(yè)的環(huán)境中濾除環(huán)境噪音信號干擾、識別 出巖石微小斷裂釋放的震動波信號的目的。以最大限度地提高巖石或混凝土破壞時(shí)產(chǎn)生的 微震信號的強(qiáng)度，最大限度地衰減環(huán)境噪音信號的強(qiáng)度。
3. 巖石或混凝土結(jié)構(gòu)承載狀態(tài)的研究
通過在實(shí)驗(yàn)室對各種不同巖性的巖石和不同標(biāo)號的水泥澆灌的混凝土試件做破壞 性試驗(yàn)及在煤礦和地下工程中使用表明巖石和混凝土材料在不同的應(yīng)力作用下，在正 常應(yīng)力狀態(tài)(承受的應(yīng)力大小沒有超過巖石或材料的承載強(qiáng)度)、危險(xiǎn)狀態(tài)(承受的應(yīng) 力大小開始逐漸超過巖石或材料的承載強(qiáng)度，材料開始發(fā)生微小破壞)和破壞狀態(tài)(承 受的應(yīng)力大小超過巖石或材料的最大承載強(qiáng)度，材料開始發(fā)生明顯破壞)時(shí)，產(chǎn)生的微 震信號的數(shù)量差異很大(見附件微震檢測技術(shù)在神木縣石窯店煤礦的使用)。
在正常應(yīng)力狀態(tài)巖石和混凝土材料不會發(fā)生破壞，幾乎沒有微震信號產(chǎn)生。
在危險(xiǎn)狀態(tài)當(dāng)巖石和混凝土材料承受的應(yīng)力大小開始逐漸超過巖石或材料的承載 強(qiáng)度時(shí)，由于巖石和混凝土材料都是非均質(zhì)性的，巖石和混凝土材料都含有弱面和瑕疵， 弱面和瑕疵發(fā)育的部分首先破壞，同時(shí)產(chǎn)生微震信號，隨著應(yīng)力的逐漸增大，這種破壞的數(shù) 量明顯增多，產(chǎn)生微震信號數(shù)量也大幅度增加。這時(shí)產(chǎn)生的微震信號是正常情況下的產(chǎn)生微 震信號的數(shù)千倍。
在破壞狀態(tài)當(dāng)巖石和混凝土材料承受的應(yīng)力大小超過巖石或材料的最大承載強(qiáng) 度時(shí)，材料開始發(fā)生明顯破壞，同時(shí)產(chǎn)生大能量的微震信號，隨著冒落或垮塌事故的發(fā) 生，大能量的微震信號伴隨著冒落或垮塌過程連續(xù)發(fā)生，直至冒落或垮塌事故結(jié)束。
經(jīng)過對巖石和混凝土材料三種狀態(tài)的研究，本發(fā)明應(yīng)用人工智能技術(shù)，開發(fā)出了實(shí) 時(shí)分析礦井頂板巖層或混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的專家診斷分析數(shù)學(xué)模型，并開發(fā)了相應(yīng)的軟件。
4. 該實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)
本實(shí)用新型，針對機(jī)械噪音信號的特點(diǎn)研發(fā)了相應(yīng)的濾波電路，解決了識別并濾除噪音 信號的問題；針對巖石發(fā)生微小斷裂時(shí)釋放的微震信號特點(diǎn)，研發(fā)了傳感信號的接收跟隨主 頻在200Hz 500Hz范圍內(nèi)微震信號接收元件；利用波形的差異開發(fā)了相應(yīng)的硬件濾波 電路和數(shù)據(jù)高速采樣電路；基本達(dá)到了在各種人工和機(jī)械作業(yè)的環(huán)境中濾除環(huán)境噪音信號 干擾，識別出巖石微小斷裂釋放的震動波信號的目的。高速數(shù)據(jù)采集電路并與單片微機(jī)技術(shù) 相結(jié)合，解決了微震信號實(shí)時(shí)采集的問題；并根據(jù)巖石和混凝土材料在三種不同的應(yīng)力狀態(tài)下釋放微震信號特征的研究，采用應(yīng)用人工智能技術(shù)，開發(fā)出了實(shí)時(shí)分析礦井頂板巖 層或混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的專家診斷分析數(shù)學(xué)模型，并開發(fā)了相應(yīng)的軟件。其優(yōu)點(diǎn)在于其一， 建立在接收材料受集中應(yīng)力作用破壞而產(chǎn)生的彈性應(yīng)力波上，破壞的程度不同，信號的強(qiáng)弱 也不同。因此，本實(shí)用新型重點(diǎn)檢測的是材料的破壞過程，更適合對由于工程材料破壞而引 發(fā)的事故進(jìn)行預(yù)測。其二，彈性應(yīng)力波通過材料(鋼材、巖石、混凝土)進(jìn)行傳輸，傳感器安 裝、拆卸方便，可以在工程建設(shè)任何階段安裝、實(shí)施。其三,傳感器具有就地顯示、報(bào)警、遠(yuǎn) 距離傳輸功能；所有的傳感器(多達(dá)1000個(gè))采用數(shù)字通訊技術(shù)，.并接在2芯通訊電纜上， 傳輸半徑可達(dá)35km。
本實(shí)用新型適用于煤礦和非煤礦山，也可以用于以鋼筋、混凝土為材料的地下工程，如 地鐵車站、隧道的穩(wěn)定性監(jiān)測，還可用于水壩、橋梁、高樓大廈、山體滑坡等工程的穩(wěn)定性 監(jiān)測。通過一套微震信號的數(shù)字濾波識別、采集技術(shù)，將巖石斷裂時(shí)釋放聲波信號的識別率 提高到80%以上，達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。
圖1.是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖2.是機(jī)械噪音信號濾波和數(shù)據(jù)高速采樣的主要電路結(jié)構(gòu)方框圖3.是采用人工智能技術(shù)，實(shí)時(shí)分析礦井頂板巖層或混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的專家診斷分
析數(shù)學(xué)模型的工作流程圖4.微震(礦壓動態(tài))傳感器在神木縣石窯店煤礦安裝布置示意圖。
圖中l(wèi)微震信號傳導(dǎo)桿，2微震信號傳感元件，3微震信號采集分析主機(jī)；4低頻微
震信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栯娐罚?濾除噪音信號電路，6單片微機(jī)，7高速數(shù)據(jù)采集(A/D轉(zhuǎn)換).
8LED顯示，9聲光報(bào)警，IO遙控調(diào)校，11 EEPROM數(shù)據(jù)存貯器，12實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳
送；13有效信號采集器，14數(shù)據(jù)處理機(jī)，15原始數(shù)據(jù)庫，16推理機(jī)，17學(xué)習(xí)機(jī)，18判據(jù)
庫，19控制器，20顯示、報(bào)警，21實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離轉(zhuǎn)送。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖敘述一個(gè)本實(shí)用新型的兩個(gè)實(shí)施例 實(shí)施例1
圖l是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖，顯示了本實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)。該監(jiān)測裝置主要由 微震信號傳導(dǎo)桿l、微震信號傳感元件2、微震信號采集分析主機(jī)3組成。
使用時(shí)，根據(jù)巖層特性，打一個(gè)直徑42鵬,深度為1 2ra的鉆孔(深度與巖性有關(guān))， 將微震信號傳導(dǎo)桿l打入煤層或巖層中，在微震信號傳導(dǎo)桿1孔外的一端安裝微震信號傳感 元件2,將微震信號傳感元件2與微震信號采集分析主機(jī)3相連，并通過光纖或金屬傳輸電 纜與地面中心站微機(jī)相連。
該實(shí)用新型通過微震信號傳導(dǎo)桿l選擇微震信號的采集點(diǎn)，傳導(dǎo)微震信號至微震傳感元件 2;微震傳感元件2將微震信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?；微震信號采集分析主機(jī)3接收傳感元件2的信號， 經(jīng)過信號放大、濾波、數(shù)據(jù)采集、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、實(shí)時(shí)分析判斷，就地顯示報(bào)警；并將數(shù)據(jù)以數(shù) 據(jù)通訊方式(計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò))通過電纜遠(yuǎn)距傳送到地面中心站微機(jī)，地面微機(jī)專家診斷分析軟 件進(jìn)行實(shí)時(shí)分析、處理。
圖2是機(jī)械噪音信號濾波和高速數(shù)據(jù)采濾除噪音信號電路5的主要電路結(jié)構(gòu)方框圖。該電路主要由低頻微震信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栯娐?、濾除噪音信號電路5、單片微機(jī)6、高速數(shù) 據(jù)采集(A/D轉(zhuǎn)換)7、 LED顯示8、聲光報(bào)警9、遙控調(diào)校IO、 EEPROM數(shù)據(jù)存貯器ll、實(shí)時(shí) 數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳送12構(gòu)成。 按如下步驟執(zhí)行
(a) 通過微震信號傳感元件2將低頻微震信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，根據(jù)機(jī)械信號特點(diǎn)，通過濾 除噪音信號電路5濾除噪音信號；
(b) 單片微機(jī)6時(shí)刻監(jiān)視著有效的微震信號，當(dāng)接收到巖石和混凝土材料破壞時(shí)產(chǎn)生的 微震信號時(shí)，單片微機(jī)啟動高速數(shù)據(jù)采集(A/D轉(zhuǎn)換)7進(jìn)行數(shù)據(jù)采集
(c) 單片微機(jī)6根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)在單位時(shí)間(分鐘、小時(shí)、日)內(nèi)的采集到的微震 信號數(shù)量及釋放出的能量值，根據(jù)分析數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析判斷處理；
(d) 送原始數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)分析結(jié)果到LED顯示8進(jìn)行顯示，并通過聲光報(bào)警9進(jìn)行報(bào)警
(e) 通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳送12將數(shù)據(jù)和分析結(jié)果傳送到地面監(jiān)控中心站。 當(dāng)檢測到接收巖石和混凝土材料破壞時(shí)產(chǎn)生的微震信號時(shí)，由單片微機(jī)6向高速數(shù)
據(jù)采集(A/D轉(zhuǎn)換)7發(fā)出數(shù)據(jù)采集申請，高速數(shù)據(jù)采集(A/D轉(zhuǎn)換)7以50000Hz/S的速 率進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
圖3是采用人工智能技術(shù)，實(shí)時(shí)分析礦井頂板巖層或混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的專家診斷分析 數(shù)學(xué)模型的工作流程圖。該人工智能實(shí)時(shí)分析處理數(shù)學(xué)模型，由有效信號采集器13、數(shù)據(jù)統(tǒng) 計(jì)機(jī)14、原始數(shù)據(jù)庫15、推理機(jī)16、學(xué)習(xí)機(jī)17、判據(jù)庫18、控制器19、數(shù)據(jù)顯示報(bào)警20、實(shí) 時(shí)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳送21組成。各部分功能如下
(1) 有效信號采集器13
a. 硬件根據(jù)噪音信號特點(diǎn)濾除干擾信號；
b. 高速A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬量的微震信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號。
(2) 數(shù)據(jù)處理機(jī)14
a. 統(tǒng)計(jì)、處理原始數(shù)據(jù)，送數(shù)據(jù)到顯示器顯示(相當(dāng)于環(huán)境或工況監(jiān)測功能)；
b. 分析結(jié)果送推理機(jī)，啟動推理機(jī)對當(dāng)前安裝區(qū)域巖層穩(wěn)定性進(jìn)行推理分析；
c. 分析原始數(shù)據(jù)15，判斷是否己發(fā)生冒頂事故，啟動學(xué)習(xí)機(jī)校核判據(jù)指標(biāo)。
(3)原始數(shù)據(jù)庫根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，建立原始數(shù)據(jù)庫
(4)推理機(jī)16
a. 推理機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)機(jī)14送來的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果及學(xué)習(xí)機(jī)17認(rèn)可的邏輯關(guān)系和判 據(jù)指標(biāo)(判據(jù)庫)，進(jìn)行推理分析，預(yù)測可能發(fā)生事故的危險(xiǎn)性
b. 根據(jù)危險(xiǎn)性進(jìn)行控制決策，并向報(bào)警器9和井下控制單元發(fā)出報(bào)警信號。 (5)學(xué)習(xí)機(jī)17
a.冒頂事故發(fā)生后，建立事故檔案；
7b.分析事故發(fā)生全過程，尋找標(biāo)志事故發(fā)生危險(xiǎn)的特征值，根據(jù)預(yù)測準(zhǔn)確性，校 核調(diào)整優(yōu)化判據(jù)指標(biāo)，逐步減小預(yù)報(bào)誤差，使判據(jù)指標(biāo)向真值逼近。
(6)判據(jù)庫18
冒頂事故發(fā)生后，由學(xué)習(xí)機(jī)根據(jù)預(yù)測準(zhǔn)確性，修改判據(jù)庫中的判據(jù)指標(biāo)。
(6) 控制器19
根據(jù)控制邏輯和用戶定義，執(zhí)行特定的控制功能并根據(jù)數(shù)據(jù)處理機(jī)14 數(shù)據(jù)流的變化情況，判斷控制效果。
(7) 顯示、報(bào)警20:就地顯示數(shù)據(jù)，根據(jù)控制器19指令進(jìn)行聲光報(bào)警。
(8) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離轉(zhuǎn)送21:將原始數(shù)據(jù)和分析結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到地面中心站微機(jī) 實(shí)施例2微震(礦壓動態(tài))傳感器在神木縣石窯店煤礦實(shí)施
圖4為微震(礦壓動態(tài))傳感器在神木縣石窯店煤礦安裝布置示意圖-
石窯店煤礦煤層厚度7 8m，頂板為細(xì)砂巖，水平煤層，由于頂板堅(jiān)硬，不易跨落，采
用房柱式的開采方法。圖中打了剖面線的區(qū)域?yàn)樵摰V己采完煤層形成的采空區(qū)，采空區(qū)大約
長3. 6km,寬近2km; 2005年8月在該煤礦安裝頂板監(jiān)測系統(tǒng)，在采空區(qū)煤柱上分別安裝了 4
個(gè)GDD-I型微震(礦壓動態(tài))傳感器2。分別為3號、4號、5號、6號微震(礦壓動態(tài))傳
感器2。由本安電源為傳感器2提供電源。在地面安裝有監(jiān)測中心站，傳感器2通過電纜線
與地面主機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)了 24小時(shí)對采空區(qū)礦壓活動的連續(xù)實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測。
在2006年11月4日，應(yīng)用本發(fā)明的微震(微小型地震)頂監(jiān)控技術(shù)，在神府煤田石窯
店煤礦的現(xiàn)場試驗(yàn)中提前14天成功地預(yù)測到了一次大面積冒(冒頂面積36. 2萬平方米)事
故。從不同時(shí)間的礦壓監(jiān)測實(shí)時(shí)曲線圖(見附件)可以看出2006年10月22日以前該礦頂
板穩(wěn)定，沒有明顯的礦壓活動，頂板巖層斷裂現(xiàn)象；10月22日17時(shí)開始出現(xiàn)小型頂板斷裂
現(xiàn)象。這次冒頂事故，監(jiān)測系統(tǒng)在13天前就發(fā)出了頂板礦壓活動異常，隨著礦壓活動的加劇，
系統(tǒng)都及時(shí)地發(fā)出了報(bào)警。
權(quán)利要求1. 一種實(shí)時(shí)監(jiān)測礦井頂板巖層或混土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的裝置，其特征在于由微震信號傳導(dǎo)桿(1)、微震信號傳感元件(2)、微震信號采集分析主機(jī)(3)組成；微震信號傳導(dǎo)桿(1)的一端插入煤層或巖層中，微震信號傳導(dǎo)桿(1)的另一端安裝微震信號傳感元件，用屏蔽電纜線將傳感元件(2)與微震信號采集分析主機(jī)(3)相連，并通過通訊電纜線將微震信號采集分析主機(jī)與地面中心站微機(jī)相連；微震信號采集分析主機(jī)內(nèi)有濾除環(huán)境噪音信號干擾的濾除噪音信號電路(5)、高速數(shù)據(jù)采集和采用人工智能技術(shù)實(shí)時(shí)分析礦井頂板巖層或混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的專家數(shù)學(xué)模型。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種實(shí)時(shí)監(jiān)測礦井頂板巖層或混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的裝置，其特征在于所說的有濾除環(huán)境噪音信號干擾的濾除噪音信號電路(5)和高速數(shù)據(jù)采集，系由低頻微震信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?4)、濾除噪音信號電路(5)、單片微機(jī)(6)、高速數(shù)據(jù)采集 (7)、 LED顯示(8)、聲光報(bào)警(9)、遙控調(diào)校(10)、 EEPROM數(shù)據(jù)存貯器(11)、實(shí)時(shí)數(shù) 據(jù)遠(yuǎn)距離傳送(12)構(gòu)成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種實(shí)時(shí)監(jiān)測礦井頂板巖層或混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的裝置，其特 征在于微震信號傳感元件(2)的跟隨轉(zhuǎn)換主頻在200Hz 500Hz范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種實(shí)時(shí)監(jiān)測礦井頂板巖層或混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的裝置，其特征在于所說實(shí)時(shí)分析礦井頂板巖層或混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的專家診斷分析數(shù)學(xué)模型，由有效信號采集器(13)、數(shù)據(jù)處理機(jī)(14)、原始數(shù)據(jù)庫(15)、推理機(jī)(16)、學(xué)習(xí)機(jī)(17)、判據(jù) 庫(18)、控制器(19)、數(shù)據(jù)、報(bào)警(20)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳送(21)組成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種實(shí)時(shí)監(jiān)測礦井頂板巖層或混凝土工程穩(wěn)定性的裝置，主要由微震信號傳導(dǎo)桿、微震信號傳感元件、微震信號采集分析主機(jī)組成。微震信號采集分析主機(jī)中設(shè)有濾除環(huán)境噪音信號干擾的濾波電路、數(shù)據(jù)高速采樣電路和采用人工智能技術(shù)實(shí)時(shí)分析礦井頂板巖層或混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的專家診斷分析軟件。本實(shí)用新型適用于煤礦和非煤礦山，也可以用于以鋼筋、混凝土為材料的地下工程，如地鐵車站、隧道的穩(wěn)定性監(jiān)測，還可用于水壩、橋梁、高樓大廈、山體滑坡等穩(wěn)定性監(jiān)測。通過一套微震信號的數(shù)字濾波識別、采集技術(shù)，將巖石斷裂時(shí)釋放聲波信號的識別率提高到80％以上，很好地完成了實(shí)時(shí)監(jiān)測礦井頂板巖層或混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的目的。
文檔編號G01N33/00GK201251564SQ200820029079
公開日2009年6月3日 申請日期2008年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月12日
發(fā)明者燹 蘇 申請人:西安西科測控設(shè)備有限責(zé)任公司