[发明专利]煤岩动力灾害声电瓦斯实时自动监测系统及方法

说明书

一种煤岩动力灾害声电瓦斯实时自动监测系统及方法，属于矿山安全及监测监控领域。该系统由声波探头、电磁天线、瓦斯传感器、电流传感器、电压传感器、声电瓦斯同步监测仪、通信分站、分站电源和监测中心机等组成。系统通过声电瓦斯同步监测仪接收声波、电磁辐射和瓦斯信号，可接入电压传感器监测动力电缆通电情况，接入电流传感器监测机电设备工作情况；通过声波、电磁和瓦斯信号突变情况及声电频谱特征，结合电流、电压信号变化识别探头、天线移动及采掘活动情况；通过有效声波、电磁信号变化及频谱特征、结合瓦斯信号变化特征预警工作面前方异常区域及煤岩动力灾害危险性。可应用于工作面前方异常区域监测及煤与瓦斯突出、冲击地压监测预警。

技术领域

本发明涉及一种矿山安全及监测监控领域，特别是一种煤岩动力灾害声电瓦斯实时自动监测系统及方法。

背景技术

煤矿煤岩动力灾害主要包括煤(岩)与瓦斯(甲烷或二氧化碳)突出、煤与瓦斯压出、冲击地压等。随着矿山采掘深度及开采强度的加大，矿井瓦斯突出、冲击地压等煤岩动力灾害日趋严重且复杂，灾害危险性明显增大，同时原来一些没有动力灾害或征兆不明显的矿井现在也逐渐显现，严重威胁着井下工人的生命安全和矿井的正常生产。

我国目前对于煤岩动力灾害的预测可大体分为静态法和动态法两类。

静态法主要通过打钻，观测钻孔中一些物理指标来实现的，包括钻屑倍率法、钻孔瓦斯涌出初速度法、钻屑瓦斯解吸指标法及其它综合指标法。这些静态方法测值的连续性差，测定需占用一定的作业时间和空间，工程量较大，作业时间也较长，对生产有一定的影响；操作过程中的安全性差，在打钻时易诱发动力灾害；预测的准确性较低，易受人工及煤体分布不均匀的影响。

动态法预测主要通过连续监测电磁辐射、声发射、微震、瓦斯涌出量或瓦斯浓度等信号进行分析预测，与静态法相比优势明显，具有信号连续性好，监测过程对生产影响小等特点。但也有各自的局限性，微震、地音、电磁辐射和瓦斯监测是独立的，对不同环境、影响因素的适应性和敏感性不同，受采掘打钻工艺过程、机电设备及监测传感器移动等干扰不同且比较严重，且无法准确识别。

近些年来，煤岩电磁辐射、声波发射(微震、声发射、次声波、超声波等)和瓦斯涌出特性及其应用研究方面取得了较大的进展。

研究表明，声波、电磁辐射及瓦斯对煤岩动力灾害有比较好的响应，但并非完全同步，多信号之间具有互补性，三者结合能够更全面反映煤岩体的受力、变形破裂过程、瓦斯赋存及涌出、煤岩动力灾害演化过程，采用临界值法与趋势法相结合能够预警煤岩动力灾害危险。由于受到多信号未能同步高速监测，机电设备、移动传感器及采掘活动等干扰信号未能自动监测与无法自动有效识别，有效信号识别困难，误报率高，使得目前的技术还无法满足矿井和采掘工作面对煤岩动力灾害多手段、准确有效、自动实时监测预警的需要，有效信号识别准确率及预警准确率有待进一步提高。

研究表明，声波和电磁信号的突变情况及其特有的频谱特征能够反映机电设备干扰及传感器移动情况，声电瓦斯信号的突变及衰减变化也能反映采掘扰动情况。但如何同步自动监测并准确识别各种有效信号和干扰信号、工艺过程，并根据多指标有效信号的变化趋势自动有效预警煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害危险性，是急待解决的问题。

另外，工作面前方的异常区域对安全高效生产影响非常大，是发生煤岩瓦斯动力灾害的主要区域，以前对工作面前方的构造、煤岩瓦斯变化等异常主要通过钻孔探测或地球物理探测的方法来解决，对小的和异常程度较小的区域探测及识别准确率低，对采掘活动影响大，实时性差，如何能够利用监测的手段有效监测和识别构造、高应力、煤厚变化、煤岩体强度变化及瓦斯赋存异常等区域，也是急待解决的问题。

发明内容