KJ623煤矿用冲击地压地音监测系统技术说明书130312

技术说明书

尤洛卡矿业安全工程股份有限公司

KJ623煤矿用冲击地压地音监测系统

技术说明书

尤洛卡矿业安全工程股份有限公司

山东科技大学煤矿灾害监测工程技术研究中心

一、概述

在煤矿开采中，煤岩体弹性变形能的瞬时释放而产生突然剧烈破坏的动力现象称为“冲击地压”或“冲击矿压”。采场冲击地压已成为引发煤矿地质灾害的重要因素之一。目前我国煤矿普遍采用动态仪来观测顶板下沉速度，使用压力表测量支柱载荷等方法实现对顶板来压的预测，这些方法实施较方便，但实现连续预测困难较大且繁琐，信息量少。

地音即声发射（Acoustic Emission，简称AE ）是指煤岩体在受力变形或破坏过程中以弹性波的形式释放应变能的现象。地音信号的多少、大小等指标的变化反映了煤岩体受力情况。通过对煤岩体地音频度和能量的参数的统计分析，了解地音在突出（或冲击地压）前的活动规律及特征，从而可以实现地音监测技术对矿井动力灾害的预测预报。

我国在80年代开始引进了波兰SAK地音监测系统、ARES-5/E监测系统，90年代开始又陆续引进了波兰的微震监测系统。由于成本、服务等因素影响在推广方面受到了限制。我公司生产的KJ623冲击地压地音监测系统于2008年立项研发，采用了先进的DSP处理技术和嵌入式采集分析技术，集成了计算机技术最新应用成果，形成了国内第一套自主知识产权的地音监测系统，其技术性能指标均优于进口同类产品水平。

KJ623冲击地压地音监测系统地音测量方法采用了煤岩体声发射载体传导测量技术，系统结构采用了RS485总线+以太环网结构，传输系统兼容目前现代化矿井的主要通讯形式。KJ623地音监测系统的两级总线结构和分布式处理能力可形成全矿井的地音实时监测系统。

二、地音监测系统应用目的

1）针对冲击地压发生的特点，在部分开采区域实施地音监测。为本矿冲击地压的综合防治提供依据。

2）通过实施地音监测，确定局部应力作用范围和强度，为钻孔卸压提供指导。

三、地音监测系统主要功能

1）通过监测地音事件参数指标的变化，用以确定监测范围内的煤岩体内部受力破裂过程中所伴随的地音强度和频度，并以图表的形式实时在线显示，超过预警幅度时，报警显示。

2）得出班累计地音事件数、班累计能量、平均能量、与前十班平均能量偏差、频度偏差，并生成报表、打印。

3）得出巷道地音分布云图。

4）得出工作面地音分布云图

5）得出地音事件的危险等级

6）原始地音信号分析，给出同一时刻各通道关联曲线分析图，及加权分析图。

7）经过长期监测后，可以在已有数据的基础上，对下一时段内监测区域危险等级进行预测，从而实现对监测区域的危险性评价和预警。

三、工作原理

冲击地压发生是一个能量渐变到突变的过程，即煤岩体从微小破裂到破坏的过程，因为煤岩体是一种非均质体，其中存在各种微裂隙、孔隙等，以致煤岩体在受外力作用时就会在这些缺陷部位产生应力集中，发生突发性破裂，使积聚在煤岩体中的能量得以释放，且以弹性波的形式向外传播。这就是煤岩体在地应力、瓦斯压力及采掘作用等影响下产生的地音现象。植入煤体中的锚杆作为声波的传导体，将地音信号传导至地音传感器。地音信号的传导如图1所示。

图1. 岩层应力作用破坏地音传播示意图

地音信号的多少、大小等指标的变化反映了岩体受力的情况。表征地音的参量包括：分级事件数、总事件数、能率、地音信号的频度等，它们分别反映了地音信号或者地音事件的不同特征。它们表征了煤岩体内部变形或破坏的情况，故通过对地音信号的采集、处理、分析和研究可以推断煤层内部的形态变化。

对某一区域连续进行地音监测，并系统地分析地音事件的频度、能量等一系列地音参量，找出地音活动规律，以此判断煤岩体受力状态和破坏过程，评价煤岩体的稳定性，预测预报冲击地压、煤与瓦斯突出以指导煤矿安全生产。

四、技术特点

1、采用煤岩体声发射载体传导测量技术监测声发射信号；

2、智能数字滤噪技术，可有效去除设备作业产生的噪声干扰；

3、支持测试模式，井下、井上均可直接观察地音事件原始波形图

4、专利结构的地音传感器可直接安装锚杆载体上，安装、拆卸方便

5、现场触发门限、程控增益调整

6、系统采用总线结构，主传输系统兼容电缆、光线、以太环网通讯

7、支持USB存储读取功能

五、系统结构与组成

地音监测系统由井下和井上两大部分组成，结构图见附页。地音监测系统一般安装在主要生产空间，例如回采工作面和掘进工作面。在上下顺槽煤壁打入锚杆，将地音传感器安装在锚杆露出煤体的一端，各传感器通过3通接线盒挂接在485总线上，为施工方便，一般一个工作面上下顺槽各安装一个地音监测分站。

确定井下主要噪声设备，将设备开停传感器安装在设备供电电缆上，并连接信号转换器，信号转换器也挂接在485总线上。

系统采用总线型结构，监测分站通过485总线循测各地音传感器通道以及设备

开停传感器。将同一工作面的地音监测分站设置不同的分站编号，各个监测分站通过485总线把通信数据上传至接入网关，接入网关通过电口或者光口上传至交换机。

可多个工作面同时安装，每个工作面都需接入网关，将各自工作面的数据上传至以太网。计算机软件统计分析数据，得出结论。

具体井下硬件系统主要包括：

1）GDD矿用本安型地音传感器

2）GDD矿用本安型地音变送器

3）KGT9-E矿用机电设备开停传感器

4）KJ623-Z矿用本安型信号转换器

5）KJ623-F矿用本安型地音监测分站

6）KJJ12矿用本安型网关

7）KJJ12矿用本安型网络交换机

8）KDW660-12B矿用隔爆兼本安型直流稳压电源

9）三通接线盒及通讯电缆等组成。

六、地音传感器的布置与安装

地音传感器是地音监测技术中最重要的部分，地音传感器的性能直接影响地音监测的结果。我公司生产的GDD矿用本安型地音传感器频率范围为300-2000HZ，地音探头灵敏度为65±3 dB (V/m/s)，以锚杆为地音传导体，传感器安装在锚杆上，安装、拆卸简单方便。

地音传感器的安装与布置包括内容有：圈定监测区域与传感器有效接收范围、传感器安装位置、传感器安装结构、传感器安装层位及安装深度等。

根据监测内容（顶板活动、煤层片帮或破裂）的不同，地音传感器的安装位置也应有所不同。系统可用于监测回采工作面，也可用于掘进巷道。

（1）地音传感器可安装在工作面的上下顺槽煤柱中，安装示意图见图2。安