一种便携式煤岩动力灾害电磁辐射监测仪的制作方法

本发明涉及灾害的预警设备技术领域，具体是一种便携式煤岩动力灾害电磁辐射监测仪。

背景技术：

煤与瓦斯突出是煤矿安全生产最严重的事故灾害之一。目前随着矿井的挖掘深度的增加与开采量日益增大，煤与瓦斯突出发生的频率、强度以及造成人员伤亡程度明显增长。造成这一事故的主要原因就在于：煤岩体破裂突出时会对外释放声波、温度变化、电磁波等信息，如果通过声波或温度变化作为矿难预警信号，在这些信号满足发生矿难的条件时，矿难很可能很快就会发生，没有足够的时间给人反应，不足以打到预报矿难的要求。因此目前的预警方式是选择辐射电磁波的幅值和频率这两个量化的条件来判断是否会产生煤岩体破裂。但这两个条件并不能精准地判断出是否会发生煤岩体破裂，因为地质运动的原因，煤岩体时时刻刻都有微弱的辐射电磁波，这样预警时会有很多误判，比如某个地区的煤岩体的辐射频率一直在缓慢增长，达到预警值后，警报会响起，当井下的人和设备撤离之后并没有发生矿难，误报次数过多这样会带来重大的经济损失以及造成井下工作人员对误报设备造成不信任。一旦真正的矿难来临，如果没有及时的撤离就会造成重大的损失。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种便携式煤岩动力灾害电磁辐射监测仪，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种便携式煤岩动力灾害电磁辐射监测仪，包括监测仪本体，监测仪本体包括检测仪天线、检测仪底板、监测仪主体和检测仪顶盖四个部分；其特征在于，所述检测仪天线整体为圆柱状，顶部密封口为塑料材质，底部出线口铝合金，主体为pvc材质，上下密封口处采用泡棉阻隔，内置黄铜圆筒、磁棒、铜线圈；检测仪天线与监测仪通过同轴电缆连接，接头为两芯航空插座；所述检测仪底板检测仪底板整体为方形，尖锐处倒圆角，检测仪底板上右侧放置电池及电池固定架，左侧放置pcb组件；所述监测仪主体为方形桶状，再其左侧外部依次为开关，天线信号接入口，充电口，通讯口，正前面有蝴蝶锁，配合门盖保护显示屏；内部左侧放置信号处理器，信号处理器下接电池，左侧连接外部的接口，顶部接检测仪顶盖板pcb组件；所述检测仪顶盖整体为方形，尖锐处倒圆角，顶盖外部左侧有键盘，右侧为显示屏，指示灯，检测仪顶盖两端突出部分为把手，外部还有门盖，方形大小与监测仪大小一样，内部为pcb组件，pcb上有24min金手指连接主体内的信号处理器。

作为本发明进一步的方案：监测仪本体的监测方式包括对煤岩体或含瓦斯煤岩体进行定点长时实时监测和多点动态跟踪监测。

作为本发明再进一步的方案：所述定点长时监测为在巷道中选定某一测点，监测选定区域内煤岩体在采掘过程中电磁辐射的变化；所述多点动态跟踪监测就是随着工作面的进尺，在工作面不同位置布置测点，监测进尺后工作面前方煤岩体的电磁辐射及其变化规律，以预测工作面前方煤岩体的动力灾害危险程度。

作为本发明再进一步的方案：所述检测仪天线为电感式高灵敏度宽频带定向接收天线，实现非接触预测，适于在钻孔中测定电磁辐射，预测预报煤岩体动力灾害危险程度或评定煤岩体应力状态，或者布置于某一空间中以监测测点周围的电磁辐射；天线与被测区域煤岩壁的距离范围为0.3-1.0米。

作为本发明再进一步的方案：所述监测仪本体在掘进工作面上的天线布置方式包括三个测点，分别设于掘进工作面左侧、中央和右侧，天线开口分别朝向巷道左前方、正前方和右前方，距离煤岩壁1m；每个测点的天线有两种布置方式，一种天线布置方式是天线开口朝向煤壁，开口缝朝向顶板或底板；另一种天线布置方式是天线开口朝向顶板，开口缝朝向煤壁。

作为本发明再进一步的方案：所述监测仪本体在回采工作面上的天线布置方式包括在工作面和顺槽内每隔10m-20m布置一测点，对于严重危险的区域应尽量多布置测点。每个测点，天线有两种布置方式，一种是天线开口朝向煤壁，开口缝朝向顶板或底板；另一种是天线开口朝向顶板，开口缝朝向煤壁。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明克服传统方法通过接触式预测无法实时监测煤与瓦斯突出不足，本发明提供一款便携式煤岩动力灾害电磁辐射监测仪，该监测仪采用电磁辐射技术实现了非接触、定向、区域及连续预测，预测瓦斯突出灾害时无需打钻，操作方便。采用临界值发报警和动态趋势发预警，实时监控煤体的受力情况，从而极大程度的提前预警瓦斯突出的可能性；无需人工实时看护设备，设备监测时无需在岩层打孔，实现非接触式检测，哪里电磁辐射信号比较强烈，可针对其角度、位置进行持续性的检测。内置聚合物防爆锂电池工作时长可高达16小时。外观材料使用7a15专用铝型材防火防腐蚀且硬物碰撞时不会产生火花，设备内接口全部使用胶条卡槽，ip防护等级67.显示屏使用的lcd彩色显示屏，中文显示界面，相比市面上面设备功能的单一性，本检测仪集成度更高；相配套的我们还设置有上位机，架设于矿井上安全位置，本检测仪可以usb定期拷贝数据，还可与上位机联机，上位机与检测仪功能基本相同，联机后可遥控监控仪全部操作。且上位机具有文件管理功能，即可以从检测仪导入和清除测试数据库和分析数据库，上位机可以指定数据库存储路径。上位机在“分析”功能模块中，可以将数据表导出为excel表格，将分析波形导出为jpg图片，具备表格、图片、分析报告打印功能。

附图说明

图1为：监测仪天线结构图；图1中1.塑料凸台、2.泡棉、3.磁棒、4.铜线圈、5.泡棉、6.铝合金凸台、7.黄铜圆筒、8.pvc圆形桶。

图2为：检测仪底板组件图，图2中1.六角铜柱、2.底盖板、3.电池组件、4.电池固定架、5.低端pcb组件、6.m3x5盘头螺丝。

图3为检测仪壳体组建图，图3中1.m3x5盘头螺钉、2.7a15专用铝型材箱体、3.接头、4.m3x5盘头螺丝、5.m3x5沉头螺钉、6.开关、7.侧安装板、8.侧安装板防水圈、9.六角铜柱、10.六角铜柱、11.m3螺母、12.触摸屏模块、13.信号处理器、14.m3x12盘头螺钉。

图4为：检测仪顶盖组件图，图4中1.m3x5盘头螺钉、2.前端pcb组件、3.六角铜柱、4.触摸屏固定架5.触摸屏模块、6.触摸屏防水圈、7.蜂鸣器、8.指示灯固定圈、9.7a15专用铝型材顶盖、10.指示灯、11.按键模块组件、12.按键板防水圈、13.cpu散热片、14.m3螺母、15.m3x5盘头螺钉、16.六角铜柱。

图5为检测仪侧视图。

图6为检测仪顶视图，图6中1.机箱把手、2.lcd显示屏、3.操作键盘。

图7为检测仪前视图。

图8为检测仪仰视图。

图9为整体预警流程。

图10为传感器工作流程。

图11为预警仪工作流程。

图12为掘进工作面电磁辐射测试方式，其中图12a为第一种测试方式、图12b为第二种测试方式。

图13为巷道或回采工作面电磁辐射测试方式。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

请参阅图1-13，一种便携式煤岩动力灾害电磁辐射监测仪，由四个部分组成；包括检测仪天线、检测仪底板、监测仪主体和检测仪顶盖。

所述检测仪天线整体为圆柱状，顶部密封口为塑料材质，底部出线口铝合金，主体为pvc材质，上下密封口处采用泡棉阻隔，内置黄铜圆筒、磁棒、铜线圈；检测仪天线与监测仪通过同轴电缆连接，接头为两芯航空插座。

所述检测仪底板检测仪底板整体为方形，尖锐处倒圆角，检测仪底板上右侧放置电池及电池固定架，左侧放置pcb组件。

所述监测仪主体为方形桶状，再其左侧外部依次为开关，天线信号接入口，充电口，通讯口，正前面有蝴蝶锁，配合门盖保护显示屏；内部左侧放置信号处理器（放大，滤波），信号处理器下接电池，左侧连接外部的接口（开关，信号输入，充电口，通讯口）顶部接检测仪顶盖板pcb组件。

所述检测仪顶盖整体为方形，尖锐处倒圆角，顶盖外部左侧有键盘，右侧为显示屏，指示灯，检测仪顶盖两端突出部分为把手，外部还有门盖，方形大小与监测仪大小一样，内部为pcb组件，pcb上有24min金手指连接主体内的信号处理器。

本发明对煤岩体或含瓦斯煤岩体可进行定点长时实时监测和多点动态跟踪监测。定点长时监测就是在巷道中选定某一测点，监测选定区域内煤岩体在采掘过程中电磁辐射的变化。多点动态跟踪监测就是随着工作面的进尺，在工作面不同位置布置测点，监测进尺后工作面前方煤岩体的电磁辐射及其变化规律，以预测工作面前方煤岩体的动力灾害危险程度。对于回采工作面，也需对上、下顺槽进行监测。对于现场工作面预测，以多点动态跟踪监测为主，如条件允许，最好进行长时定点监测。

本发明配备一种是电感式高灵敏度宽频带定向接收天线，实现非接触预测，适于在钻孔中测定电磁辐射，用于预测预报煤岩体动力灾害危险程度或评定煤岩体应力状态，或者布置于某一空间中以监测测点周围的电磁辐射。天线与被测区域煤岩壁的距离0.3～1.0米最为适易。

掘进工作面天线布置（如图12所示）：一般布置三个测点，分别设于掘进工作面左侧、中央和右侧，天线开口分别朝向巷道左前方、正前方和右前方，距离煤岩壁1m。每个测点，天线有两种布置方式，一种是天线开口朝向煤壁，开口缝朝向顶板或底板，如图12a；另一种是天线开口朝向顶板，开口缝朝向煤壁，如图12b；具体选择时可根据信号强弱、干扰情况等确定。

回采工作面天线布置（如图13所示）：可在工作面和顺槽内每隔10m~20m布置一测点，对于严重危险的区域应尽量多布置测点。每个测点，天线有两种布置方式，一种是天线开口朝向煤壁，开口缝朝向顶板或底板；另一种是天线开口朝向顶板，开口缝朝向煤壁，具体选择时可根据信号强弱、干扰情况等确定。

本发明工作原理：本仪器监测煤岩电磁辐射的以下参数，以判定是否会发生煤与瓦斯突出危险。条件参数：1、辐射强度：煤岩裂变电磁辐射强度；2、辐射强度走势：电磁辐射强度的发展趋势。

在基于监测以上两个条件之外，另外监测了电磁波的强度变化加速度，即每小时平均增加的幅值变化，当变化加速度小于一定范围时，可以判断煤岩体只是简单运动，并不会引起破裂导致矿难；而一旦当变化加速度突然增大时，可以判断此处的煤岩体很可能即将发生大面积破裂导致矿难，可以提前预警，留出足够的时间让人员财物转移。通过附加上强度加速度的条件，可以大幅提高预警的准确性。

同时还结合临界值预警法，在需要使用的矿井内取700*1000柱状煤体，通过密封加压，在煤体破裂的瞬间监测仪获取到的具体数值为基数，多次测试之后取最小值为其临界值。同时可以设备可以设置三级报警，在煤岩体电磁波幅值在临界值80%时为初级报警（有可能发生矿难）幅值在临界值90%时为中级报警（矿难即将来临），当电磁波幅值到达临界值100%时为高级报警（矿难已经来临）。

每个测点每次监测时间1秒是不够的，一般为120秒（具体时间可任意设定），即每个测点监测取得的数据为120组，定义为“1批”。

每个测试区一般会采集多个测点各1批数据，用于监测本测试区危险点的空间分布状态。

煤岩应力裂变或瓦斯突出前期会辐射电磁波，其主要辐射频段集中在1khz~500khz，本发明是通过电磁辐射强度值和脉冲数两个参数指标三个值：电磁辐射强度最大值emax、电磁辐射强度平均值eavg和电磁辐射脉冲数n，来监测工作面突出或冲击危险程度的。属于下列情况之一的区域就具有发生动力灾害的危险性：

1.当电磁辐射强度最大值或脉冲数值超过某一临界值时，仪器自动报警；

2.电磁辐射脉冲数或强度（最大值和平均值）指标具有明显的增强趋势，且接近临界值时，则表明有动力灾害危险，应采取措施；

3.在确认无影响或影响较小的情况下，电磁辐射强度或脉冲数强烈变化，变化幅度超过某一数值；

4.电磁辐射强度或脉冲数值明显由大变小，但一段时间后又突然增大。此种方式最为危险，特别是对于冲击地压，应立刻采取措施。

电磁辐射脉冲数平均值（navg）的临界值为1000，但对于某一特定矿区，可根据其电磁辐射水平比较确定。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。