[发明专利]一种次声波监测煤岩动力灾害定位方法及定位系统

说明书

本发明公开了一种次声波监测煤岩动力灾害定位方法及定位系统，系统包括监测主站和多个监测子站，监测子站通过光纤网与监测主站连接；监测子站由三角形布置的3个次声波传感器构成，次声波传感器连接次声波监测仪；监测主站设置计算服务器；定位方法是主站计算服务器对采集数据进行滤波处理，通过短时傅立叶变换（STFT）对数据进行时频分析，对比频率能量密度，提取主要频段信号，通过统计分析、时延估计理论，定位计算结果。本系统监测受载煤岩破裂产生的次声波信号，通过该方法对矿山或隧道围岩的应力分布状态进行非接触式、区域性测试，确定煤岩破裂、应力异常区域。方法安装、操作简单，对生产影响较小，且检测范围大，检测距离远。

技术领域

本发明涉及矿山安全及应力监测定位技术领域，特别是涉及一种次声波监测煤岩动力灾害定位方法及定位系统。

背景技术

我国煤层地质条件的复杂与人类开采过程中导致应力分布复杂，也至于煤岩破裂，可能引发煤与瓦斯突出、冲击地压、冒顶等煤岩动力灾害事故。因此，对煤岩破裂监测是解决上述问题的关键。

目前，适用于矿山应力监测的大多仪器是以接触式为主。接触式监测是通过与煤岩接触监测多点的煤岩的应力，反应煤岩区域煤岩体的结构、应力分布。监测人员是处于未知环境下进行监测环境的危险性，其本身对监测人员安全没有保障。同时选用有代表性的接触点处的传感器与煤岩的良好接触，直接影响接触式监测在实际工程监测的好坏。

典型的接触式应力测试仪如发明专利“应力监测仪”，专利号ZL200610083322.2。其壳体安装在钻孔内，承压住与孔壁需要紧密接触，煤岩压力作用于承压住，通过弹簧的压缩与回位，长光栅尺与小光栅板产生的干涉条纹，进而通过红外发光管和光电接收管将条纹转化电信号进行收集处理分析。

对地质灾害进行非接触式预测主要是以电磁辐射法、声发射法、微震和监测工作面的瓦斯涌出变化特征等预测方法为主但是，利用电磁辐射、声发射方法监测中存在干扰大、接触性预测、衰减快等问题。其次，声发射与微震的监测过程中需要与煤岩进行良好耦合。通过监测工作面的瓦斯涌出变化特征，分析涌出与突出的关系，从而间接预测突出。该法得出的结论比较片面，可靠性较差。

发明专利“一种非接触式矿山观测及评价方法，申请号200710020549.7”，通过测试接收选定的监测点的电磁辐射强度，求取平均值E_i，与计算所有测点电磁辐射强度Eavg比较，仅能评价高应力区域，不能够进行实时监测。

随着次声波在地震、泥石流、核爆炸、管道泄漏等预测预警中的广泛应用，次声波在矿井煤岩灾害的监测预警中的研究也相继开展。大量试验证明煤岩在加载变形破裂过程中能产生显著的次声波信号，在煤岩体失稳破坏即将发生或发生时，次声波信号出现较大幅度值。并且，次声波具有传播距离远、衰减小和穿透能力强，使得探测时无须考虑次声波探头的耦合情况以及信号产生衰减甚至畸变，探测结果受外界干扰要远远低于其他频段声波，验证了次声波监测煤岩动力灾害的可行性。因此次声波技术可以实现矿井煤岩动力灾害的远距离、非接触性监测，为煤岩体动力灾害的监测预警提供了可靠的依据。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供种一种次声波监测煤岩动力灾害定位方法及定位系统。主要监测受载煤岩破裂产生的次声波信号，通过该方法可以对矿山或隧道围岩的应力分布状态进行非接触式、区域性测试，确定煤岩破裂、应力异常区域。这种观测方法的特点是安装、操作简单，对生产影响较小，且检测范围大，检测距离远。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种次声波监测煤岩动力灾害定位方法，S1、布置次声波监测煤岩动力灾害定位系统，选定需要进行监测的区域，设立一个监测主站和多个监测子站，监测子站三角子阵列排列以接收选定预监测区域的次声波信息并进行信息数据保存，在保存后上传到主站；