一種基于聲發(fā)射的巖爆前兆預警系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及礦山安全技術領域，特別是指一種基于聲發(fā)射的巖爆前兆預警系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著經濟的發(fā)展，礦產資源的需求不斷增加，礦產資源開采逐步由淺部向深部區(qū)域轉移。深部礦產資源處在復雜的地質條件和應力環(huán)境中，巖爆等動力災害頻繁發(fā)生，造成了設備損壞、人員傷亡，影響了礦產資源的安全高效生產。因此，巖爆等動力災害嚴重阻礙了礦產資源的開發(fā)利用，動力災害的監(jiān)測預警問題亟待解決。
[0003]目前礦山巖爆災害監(jiān)測預警主要有巖體應力變形監(jiān)測、微震監(jiān)測系統(tǒng)預警等方法。由于現(xiàn)場應力環(huán)境的復雜性和動力災害發(fā)生的不確定性，常規(guī)的巖體應力變形監(jiān)測手段往往難以準確表征巖爆前兆信息，預警關鍵點難以準確識別、準確率較低。微震監(jiān)測系統(tǒng)能對全礦范圍進行監(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)表征預警判據(jù)，仍未得到很好的解決。同時，微震監(jiān)測系統(tǒng)造價高、結構復雜、現(xiàn)場缺乏熟練掌握和應用微震監(jiān)測知識的專業(yè)技術人員，維護較為困難。因此，在國內還沒有得到廣泛應用。
[0004]聲發(fā)射是指材料受力后內部微裂紋萌生、擴展和斷裂，能量以應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，可用于工程巖體穩(wěn)定性評價。采用聲發(fā)射監(jiān)測預警系統(tǒng)對實驗室?guī)r石力學試驗和現(xiàn)場巖體監(jiān)測時，發(fā)現(xiàn)在巖石(體)破壞前都出現(xiàn)過聲發(fā)射相對平靜期。這一現(xiàn)象能夠為現(xiàn)場工程巖體巖爆災害監(jiān)測預警提供新的思路，具有一定的應用價值。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型針對礦山、隧道、水電、交通、邊坡等工程領域中巖爆等動力災害預警效果差，容易產生錯誤的預警結論等問題，提供一種基于聲發(fā)射的巖爆前兆預警系統(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、信號放大器、無線信號收發(fā)器、模數(shù)轉換器、計算機、報警裝置、GPRS模塊、手機和通信電纜，聲發(fā)射傳感器經通信電纜與聲發(fā)射數(shù)據(jù)采集儀相連，聲發(fā)射數(shù)據(jù)采集儀通過信號放大器與無線信號收發(fā)器相連，無線信號收發(fā)器之間為無線連接，地表監(jiān)測站內的無線信號收發(fā)器通過模數(shù)轉換器與計算機相連，計算機經報警裝置和GPRS模塊相連，GPRS模塊通過GPRS無線網絡與手機連接。
[0007]聲發(fā)射傳感器具有定位功能，定位精度高，靈敏度好，能適應各種復雜環(huán)境。為了提高聲發(fā)射事件定位效果，傳感器數(shù)量應不少于6個；聲發(fā)射數(shù)據(jù)采集儀為多通道監(jiān)測儀器，內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)射的巖爆前兆預警系統(tǒng)的巖爆前兆識別方法具體步驟如下:
[0009](I)確定現(xiàn)場重點監(jiān)測區(qū)域(采掘工作面、地質構造帶、島型或半島型礦柱等)，合理布置監(jiān)測點，并進行編號；
[0010](2)安裝聲發(fā)射監(jiān)測預警系統(tǒng):根據(jù)設計的監(jiān)測點的地理坐標在監(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、信號放大器、無線信號收發(fā)器依次用通信電纜相連，無線信號收發(fā)器之間為無線連接。地表監(jiān)測站內的無線信號收發(fā)器、模數(shù)轉換器、計算機、報警裝置和GPRS模塊依次用通信電纜相連，GPRS模塊和手機采用GPRS無線網絡連接。
[0011](3)在地表監(jiān)測站的計算機上運行聲發(fā)射數(shù)據(jù)處理分析軟件，設置相關參數(shù)，進行系統(tǒng)調試。調試正常后，系統(tǒng)正式運行，實時連續(xù)監(jiān)測井下巖體變化，在計算機屏幕上實時顯示、記錄聲發(fā)射參數(shù)時序變化曲線和事件空間定位效果；
[0012](4)在地表監(jiān)測站的計算機顯示屏上可以實時顯示監(jiān)測區(qū)域內的聲發(fā)射事件定位結果，獲得由于開采擾動誘發(fā)的聲發(fā)射事件時空分布特征，從而確定聲發(fā)射事件發(fā)生異常區(qū)域，結合聲發(fā)射相對平靜期巖爆前兆綜合分析，制定合理的調整計劃，提前采取必要的預防措施。
[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)射頻率等時序參數(shù)。聲發(fā)射事件率是指聲發(fā)射監(jiān)測預警系統(tǒng)單位時間監(jiān)測到的聲發(fā)射事件數(shù)；聲發(fā)射能量率是指單位時間聲發(fā)射時間信號所釋放的能量；聲發(fā)射幅值指的是聲發(fā)射信號波形的最大振幅值；聲發(fā)射頻率指的是聲發(fā)射信號的頻率。
[0014]在礦石開采過程中，巖體介質在應力場擾動下會出現(xiàn)微裂紋萌生、擴展。貫通直至失穩(wěn)破壞，同時能量以應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，聲發(fā)射活動變化與微裂紋的發(fā)展是相對應的。隨著微裂紋的不斷發(fā)展，聲發(fā)射活動相應增強。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)相對平靜期。通過相對平靜期后，聲發(fā)射參數(shù)急劇增加，巖體發(fā)生結構性的破壞失穩(wěn)。因此，巖體破壞前出現(xiàn)的聲發(fā)射相對平靜期可作為現(xiàn)場巖體發(fā)生巖爆的前兆信息，聲發(fā)射相對平靜期的起始點可認為是巖爆災害的預警關鍵點。
[0015]本實用新型方法采用聲發(fā)射監(jiān)測預警系統(tǒng)對開挖后的巖體進行實時連續(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)射相對平靜期這一現(xiàn)象，作為監(jiān)測區(qū)域巖體發(fā)生巖爆災害的前兆信息，聲發(fā)射相對平靜期起始點可作為監(jiān)測區(qū)域巖體發(fā)生巖爆災害的預警關鍵點。
[0016]本實用新型的上述技術方案的有益效果如下:
[0017]本實用新型采用巖體破壞失穩(wěn)前出現(xiàn)聲發(fā)射相對平靜期進行巖爆災害前兆預警識別，能夠實現(xiàn)動態(tài)實時連續(xù)監(jiān)測巖體變化。該方法簡單，容易實施，可靠度高，不需要消耗巨大的人力、物力、財力投入，具有較好的適用性。適用于礦山巖體破裂失穩(wěn)引起的巖爆等動力災害預警，也適用于礦山、隧道、水電、交通、邊坡等大型巖體工程動力災害監(jiān)測預警。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型的一種基于聲發(fā)射的巖爆前兆預警系統(tǒng)結構示意圖。
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