一种煤矿井下微震监测系统的布设方法与流程

本发明涉及矿井生产过程中对岩体的监测技术领域，具体为一种煤矿井下微震监测系统的布设方法。

背景技术：

微震监测技术作为一种识别岩体破裂、失稳的监测技术被广泛应用于采矿工程、隧道工程、边坡工程、水电站工程等安全监测中。微震监测是一种基于传感器、电缆、数据采集盒、时间源授时器、数据接收终端所构建的台网来监测岩石在施工过程中的破裂信号，同时依赖于数据处理软件来实现定位、获取震源参数、分析岩石破裂的手段。若实现微震系统的精确定位，根据震源定位原理则需在监测区域内布置4个以上的传感器来接收信号，且每个传感器的间隔距离不能过大。

如申请号为2020101495420公开的一种倾斜地层隧道工程微震监测传感器布设方法，该方法首先确定监测区域微震事件的p波主入射方向；然后建立区域施工坐标系和符合监测区域地质特征的倾斜层状地层模型。忽略反射波、折射波等干扰波影响，进一步建立p波的射线路径方程；再将射线参数、地层参数、波速参数等依次代入射线方程，获取倾斜地层介质中传感器布设的最优位置；最后依次求解监测区域内各震源的p波其他主要入射方向对应的传感器位置即为三维监测区域内的传感器的最优布设位置。本方法计算简单，结果准确。但是该方法没有公开传感器与采集盒的数量配比已经如何重复利用采集盒。

那么针对煤矿井下采场工作面则需要布置多个传感器，而且需要成一定的空间交错，则一般需要在工作面的平行布置的具有高程差的两条巷道内均布置传感器，尤其是在回采推进的走向方向所需传感器更多。在同一条巷道内按照间隔100m布置，则2000m长的工作面需要布置20*2＝40个传感器，那么则需要至少提供40个数据通道供数据信号传递，而1台数据采集盒往往仅有6个通道，则需要7台数据采集盒。但是由于数据采集盒的成本较大，一般一台几十万，则数据采集盒的成本就可达到几百万，严重限制了微震系统在矿井的应用，从而导致矿井失去了安全监测的一种有效手段。

由于数据采集盒的成本较大，一般一台几十万，则数据采集盒的成本就可达到几百万，严重限制了微震系统在矿井的应用，从而导致矿井失去了安全监测的一种有效手段。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术中对于井下微震监测系统中采集盒用量大、成本高的问题。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

一种煤矿井下微震监测系统的布设方法，包括以下步骤：

s01.根据采场工作面(10’)生产地质条件，巷道10布置情况，确定微震监测系统安设的两条巷道(10)，设计采场岩层检测点n个，数据采集盒(5)安装点2个；

s02.自巷道(10)里段开始在所确定的采场监测点安装n个传感器9，两条巷道(10)内的传感器(9)由里至外编号为(x1、x2、xm、…、xn-1、xn)、(y1、y2、ym、…、yn-1、yn)，自传感器(9)至巷道(10)外段铺设电缆并连接至每个传感器(9)，并对每根电缆间隔设定距离标记传感器(9)编号，同时将2台数据采集盒(5)布设在已确立的安装点；

s03.在所述数据采集盒(5)安装点位置处，按照电缆由小至大的编号截断，截断后的电缆与数据采集盒(5)的通道连接，假设数据采集盒(5)具有m个通道，则可连接的传感器(9)分别为(xm)(ym)；

s04.连接好传感器(9)后将数据采集盒(5)与上位机连通，形成完整的微震监测系统连通，并在上位机输入对应通道已连接的传感器(9)坐标，此时微震监测系统的检测区域为(x1-xm，y1-ym)；

s05.当采场工作面(10’)推进至当前传感器(9)xi、yi的设定倍的岩层垮落步距后，则分别将当前传感器(9)xi、yi与数据采集盒(5)切断通信，然后将数据采集盒(5)空出的通道与传感器(9)(xm+1)、(ym+1)连接，并更新微震检测系统中的传感器(9)坐标；

s06.重复步骤s05，直至完成对整个工作面(10’)区域的监测系统布设(x1-xn，y1-yn)。

进一步的，所述步骤s05中，采用井下移动装置将数据采集盒(5)移动至下一个安装点。

进一步的，所述步骤s05中，设定倍的岩层垮落步距为3倍。

进一步的，所述井下移动装置包括承载板、第一立架(1)、第二立架(2)；所述第一立架(1)的底端固定在承载板的一侧，第二立架(2)的底端转动固定在承载板的另一侧，所述第二立架(2)通过连接件(22)与第一立架(1)固定；所述承载板底部设置有滚轮组。

进一步的，所述第一立架(1)和第二架体均为目字形刚性架体，第一架体底部与承载板焊接固定，第二架体的底部通过转轴(21)与承载板转动固定。

进一步的，所述第二架体目字形结构包括两立杆和至少一根刚性横杆(24)和多根柔性横向束缚带(23)，所述刚性横杆(24)和多根柔性横向束缚带(23)的两端分别与两根立杆固定；所述刚性横杆(24)位于多根横向束缚带(23)的上方。

进一步的，所述第二架体的水平两侧还固定有连接件(22)，在第一架体对应的两侧位置固定有与连接件(22)配合的固定件；所述第二架体通过连接件(22)与固定件的配合，与第一架体固定成整体。

进一步的，所述连接件(22)为柔性弹性系带，在系带的端部固定有挂钩；所述固定件为与挂钩配合的勾环。

进一步的，所述滚轮组包括第一滚轮(6)和第二滚轮(7)，所述第一滚轮(6)为两个，为前进单向轮，分别固定承载板底部并位于第一架体下方；所述第二滚轮(7)为两天，为后退单向轮，分别固定在承载板底部，并位于第二架体的下方。

进一步的，在所述承载板上还固定有升降支架(8)；所述升降支架(8)为多个，分布在承载板上，用以抬升整个井下移动装置。

进一步的，所述升降支架(8)包括螺杆(81)、垫片(82)、螺母；在所述承载板上开设有螺孔，螺杆(81)竖向穿在螺孔内，底部与垫片(82)固定，顶部与螺母配合，通过拧动螺母，实现垫片(82)的升降。

进一步的，所述第二立架(2)与承载板之间还通过弹性件(25)连接。

本发明的优点在于：

本发明针对微震监测系统布设做出优化改进，摆脱以往对大批量设备的依赖性，提出了一种煤矿井下微震监测系统的布设方法，目的在于提供一种监测方法，可以满足在长距离采场内保证监测高精度的定位效果下实现对设备的循环重复利用，以达到资源的应用最大化，同时满足矿井机械化、高效率的要求；

本发明在基于微震系统布设过程中，可以高效的挪移、固定微震监测数据采集盒，能够提高工程效率，减少工作程序，减小劳动强度，保证微震监测系统在移动循环应用中的正常运行；具体的，采用可转动的第二立架，可便于放置和卸载采集盒，操作空间大；另外，第二立架的横向束缚带可以进一步的束缚采集盒，避免运输过程中的晃动。

系带的使用，可根据设备所需空间，将第二立架与第一立架固定在合适的间距；

采用两组单向轮，避免因巷道高程差，导致运输装置溜坡倾倒，导致设备损坏。

附图说明

图1为本发明的一种煤矿井下微震监测系统的布设方法的实施流程图；

图2为本发明的一种煤矿井下微震监测系统的布设方法的现场初始示意图；

图3为本发明的一种煤矿井下微震监测系统的布设方法的现场第一次替换传感器示意图；

图4为本发明的一种煤矿井下微震监测系统的布设方法的现场第二次替换传感器示意图；

图5为本发明的一种煤矿井下微震监测系统的布设方法的现场第六次替换传感器及移动数据采集盒示意图；

图6为本发明的一种煤矿井下微震监测系统的布设方法的现场完成全部监测示意图；

图7为本发明的一种煤矿井下微震监测系统的布设方法的用于井下挪移数据采集盒的移动装置整体结构示意图；

图8为移动装置中升降支架的结构示意图；

图9为移动装置中第二立架与承载板之间弹性件的连接结构示意图。

1、第一立架；2、第二立架；21、转轴；22、连接件；23、横向束缚带；24、刚性横杆；25、弹性件；3、承载板、4、把手；5、采集盒；5’、电缆；6、第一滚轮；7、第二滚轮；8、升降支架；81、螺杆；82、垫片；10、巷道；9、传感器、10’、采场工作面；20、工作面推进线；

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例提供一种煤矿井下微震监测系统的布设方法，包括以下步骤：

步骤1.根据采场工作面生产地质条件，巷道10布置情况，确定微震监测系统安设的两条巷道10，设计采场岩层检测点n个，数据采集盒5安装点2个；

步骤2.自巷道10里段开始在所确定的采场监测点安装n个传感器9，两条巷道10内的传感器9由里至外编号为(x1、x2、xm、…、xn-1、xn)、(y1、y2、ym、…、yn-1、yn)，自传感器9至巷道10外段铺设电缆并连接至每个传感器9，并对每根电缆间隔设定距离标记传感器9编号，同时将2台数据采集盒5布设在已确立的安装点；本实施例中，一般为50m间距对电缆标记传感器9编号，一是为了好排查故障，区别哪一根线有问题，二是为了方便采集盒5因适应井下开采环境而可能出现的随意调整其位置方便。

步骤3.在数据采集盒5安装点位置处，按照电缆由小至大的编号截断，截断后的电缆与数据采集盒5的通道连接，假设数据采集盒5具有m个通道，则可连接的传感器9分别为(xm)(ym)；

步骤4.连接好传感器9后将数据采集盒5与上位机连通，形成完整的微震监测系统连通，并在上位机输入对应通道已连接的传感器9坐标，此时微震监测系统的检测区域为(x1-xm，y1-ym)；

步骤5.当采场工作面10’推进至当前传感器9xi、yi的3倍的岩层垮落步距后，则分别将当前传感器9xi、yi与数据采集盒5切断通信，然后将数据采集盒5空出的通道与传感器9(xm+1)、(ym+1)连接，并更新微震检测系统中的传感器9坐标；正常情况垮落步距过后，认为岩层垮落，采空区处于相对稳定状态，但考虑到安全性，延长至3倍后再挪移，这样可保证废弃传感器9的那后段的采空区安全；

步骤6.重复步骤步骤5，直至完成对整个工作面10’区域的监测系统布设(x1-xn，y1-yn)。

本实施例步骤5中，采用井下移动装置将数据采集盒5移动至下一个安装点。

工作原理：

如图2至图6所示，在具体实施过程中，如图2所示，以每个巷道10布设20个传感器9器为例，数据采集盒5有6个通道，那么将数据采集盒5设置在第7个传感器9位置，然后将1-6传感器9与数据采集盒5的6个通道连接。如图3所示，随着开采面的推进(图中所示的工作面推进线20)，当第1个传感器9的监测区域处于安全状态时，则切断第1个传感器9与数据采集盒5的连接，将第7个传感器9与数据采集盒5连接，以此类推，如图5所示，直至1-6个传感器9所监测范围均为安全状态时，则将数据采集盒5挪至第13个传感器9附件，以此类推，直至到最后，如图6所示。

如图7所示，本实施例中，数据采集盒5移动所用到的井下移动装置包括承载板、第一立架1、第二立架2；第一立架1的底端固定在承载板的一侧，第二立架2的底端转动固定在承载板的另一侧，第二立架2通过连接件22与第一立架1固定；承载板底部设置有滚轮组。

本实施例中，第一立架1和第二架体均为采用型钢焊接而成的目字形刚性架体，承载板3采用5mm厚的钢板，本实施例的承载板3为矩形结构。第一架体底部与承载板3焊接固定，第二架体的底部通过转轴21与承载板3转动固定，与第一架体互相平行。第二架体的安装结构具体为，在承载板3的另一侧，焊接两个耳座，耳座上开设有孔，转轴21的两端转动固定在耳座的孔内，第二立架2的底部焊接有套环，套环转动套设在转轴21上。

本实施例中，为了采集盒5在运输过程中不发生晃动，可以将第二架体目字形结构包括两立杆和至少一根刚性横杆24和多根柔性横向束缚带23，多根横向束缚带23位于第二立架2的下部，刚性横杆24用以稳定两根立杆的间距。柔性横向束缚带23可以为弹性带，从而可以对采集盒5实现束缚作用。

本实施例中，为了使第二架体使用状态下结构稳定，在第二架体的水平两侧还固定有连接件22，在第一架体对应的两侧位置固定有与连接件22配合的固定件；第二架体通过连接件22与固定件的配合，与第一架体固定成整体。

本实施例中，连接件22为柔性弹性系带或链条，在系带的端部固定有挂钩；固定件为与挂钩配合的勾环。系带和链条的长度满足采集盒5的放置需求即可。

由于井下底面高低不平，采集盒5重量大，在人力运输过程中，如果出现溜坡，可能会造成设备倾倒损坏或人员受伤等事故。所以，本实施例中，滚轮组包括第一滚轮6和第二滚轮7，第一滚轮6为两个，为前进单向轮，分别固定承载板3底部并位于第一架体下方；第二滚轮7为两天，为后退单向轮，分别固定在承载板3底部，并位于第二架体的下方。在运输过程中，采用第一滚轮6着地、第二滚轮7悬空，或第二滚轮7着地、第一滚轮6悬空的状态移动。

如图7、图8所示，当运输到目的地后，由于地面高低不平，4个滚轮的支撑力不均，易造成设备倾倒，或损坏滚轮。所以，本实施例中，在承载板3上还固定有升降支架8；升降支架8为多个，分布在承载板3上，用以抬升整个井下移动装置。升降支架8包括螺杆81、垫片82；在承载板3上开设有螺孔，螺杆81竖向穿在螺孔内与螺孔螺纹配合，底部与垫片82固定，通过扳手拧动螺杆81，实现垫片82的升降。升降支架8为4个，均布在承载板3上。

如图9所示，本实施例中，在卸载采集盒5时，需要将第二立架2与第一立架1分离，为了避免第二立架2砸向地面，还在第二立架2与承载板3之间设置弹性件25，如弹簧、弹性皮带等。弹性件25可以为两个，布设在第二立架2的两侧，弹性件25的一端与第二立架2的边柱固定，另一端与承载板3的上表面固定。

本实施例中，为了便于拖动移动装置，在在第一立架1和第二立架2的两侧边固定把手4，便于着力。

移动架在使用时的方法为：

步骤1、将移动装置携带至数据采集盒5附件后，然后将连接件22打开，使第二立架2向外翻转；

步骤2、将数据采集盒5放置于承载板3上，同时保证数据采集盒5的正面与移动装置的前面相一致，再将第二立架2竖起，通过连接件22与第一连接件22固定，从而将数据采集盒5固定；

步骤3、安置好采集盒5后，将整个装置倾斜放置，使其偏向于第一立架1方向，第一滚轮6着地，第二滚轮7悬空，握住把手4，拖拽整个装置前进即可；

步骤4、移动至指定位置后，旋转螺杆81，使4个垫片82适应当前底面不同高度，4个滚轮悬空，然后打开连接件22，将数据采集盒5卸下安置在指定位置即可。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。