安全规程》的规定，综采工作面前方安全距离指的是直线距离不小于 100米；拐1个直角弯时不小于70米。因而，综采面7前方的探测区域为综采工作面前方 的安全距离范围内的区域。煤矿开采过程中，回采巷道是指形成采煤工作面及为其服务的 巷道，如开切眼、工作面运输巷、工作面回风巷等。
[0097] 层析成像技术是借鉴医学CT，根据射线扫描，对所得到的信息进行反演计算，重建 被测范围内岩体弹性波和电磁波参数分布规律的图像，从而达到圈定地质异常体的一种物 探反演解释方法。
[0098] 本实施例中，开采位置检测单元1-1为对采煤机3的截割滚筒位置进行实时检测 的位置检测单元。实际布设安装时，开采位置检测单元1-1安装在采煤机3的截割滚筒上， 具体是安装在采煤机3的截割滚筒的滚筒轴。
[0099] 实际使用时，两个所述锚杆振动测量阵列1-2中的所有锚杆振动检测单元8沿综 采面7的推进方向由前至后分为多个振动检测组，多个所述振动检测组分别布设在多个振 动检测断面上，所述振动检测断面与综采面7呈平行布设，多个所述振动检测断面沿综采 面7的推进方向由前至后进行布设；每个所述振动检测组均包括布设在同一振动检测断面 上的多个所述锚杆振动检测单元8,每个所述振动检测组中布设于工作面运输巷4内的锚 杆振动检测单元8的数量为一个或多个，每个所述振动检测组中布设于工作面回风巷5内 的锚杆振动检测单元8的数量为一个或多个。
[0100] 本实施例中，每个所述振动检测组中布设于工作面运输巷4内的锚杆振动检测单 元8的数量为多个，每个所述振动检测组中布设于工作面回风巷5内的锚杆振动检测单元8 的数量为多个。并且，每个所述振动检测组中布设于工作面运输巷4内的锚杆振动检测单 元8的数量与布设于工作面回风巷5内的锚杆振动检测单元8的数量相同且二者呈对称布 设。
[0101] 实际使用时，可根据具体需要，对每个所述振动检测组中布设于工作面运输巷4 内的锚杆振动检测单元8的数量和布设于工作面回风巷5内的锚杆振动检测单元8的数量 进行相应调整。
[0102] 本实施例中，所述工作面运输巷4和工作面回风巷5内的多个所述锚杆6均由前 至后分为多个锚杆组，多个所述锚杆组分别布设在多个所述振动检测断面上。每个所述锚 杆组均包括布设在同一振动检测断面上的多个所述锚杆6,每个所述锚杆组中的多个所述 锚杆6均包括多个由左至右布设在巷道顶板上的顶板锚杆、多个由上至下布设在内侧巷道 帮部的内侧巷帮锚杆和多个由上至下布设在外侧巷道帮部的外侧巷帮锚杆，所述工作面运 输巷4和工作面回风巷5的内侧巷道帮部均为靠近综采面7 -侧的巷道帮部。两个所述锚 杆振动测量阵列1-2中的所有锚杆振动检测单元8均布设在所述内侧巷帮锚杆上，每个所 述内侧巷帮锚杆上所布设锚杆振动检测单元8的数量均为一个。两个所述锚杆振动测量阵 列1-2组成对采煤机3采煤过程中产生的应力波信号进行实时检测的应力波检测装置。
[0103] 本实施例中，两个所述锚杆振动测量阵列1-2中的所有锚杆振动检测单元8与上 位机2-1之间均以无线方式进行通信。
[0104] 如图2所示，所述锚杆振动检测单元8为无线振动检测单元且其包括振动传感器 8-1、第一处理器8-3、与振动传感器8-1相接的信号调理电路8-2以及分别与第一处理器 8-3相接的无线信号发射模块8-4和第一数据存储模块8-5,所述信号调理电路8-2与第一 处理器8-3相接。
[0105] 本实施例中，所述振动传感器8-1包括对所布设锚杆6径向上的振动状态进行实 时检测的径向振动传感器和对所布设锚杆6轴向上的振动状态进行实时检测的轴向振动 传感器，所述径向振动传感器和轴向振动传感器均与信号调理电路8-2相接。
[0106] 本实施例中，所述径向振动传感器和轴向振动传感器均为振动位移传感器。实际 使用时，所述径向振动传感器和轴向振动传感器也可以采用振动速度传感器或振动加速度 传感器。
[0107] 本实施例中，所述无线振动检测单元还包括信号采集电路8-6,所述信号调理电路 8-2通过信号采集电路8-6与第一处理器8-3相接，所述信号采集电路8-6为A/D转换模 块。
[0108] 并且，所述无线振动检测单元还包括为各用电单元进行供电的电源模块，所述振 动传感器8-1、信号调理电路8-2、第一处理器8-3、无线发射模块8-4、数据存储模块8-5和 信号采集电路8-6均与所述电源模块相接。
[0109]本实施例中，本发明所述的煤机采动激励下综采面近场煤岩动态层析成像系统， 还包括两个锚杆测量阵列汇集节点9,两个所述锚杆振动测量阵列1-2分别通过两个所述 锚杆测量阵列汇集节点9与上位机2-1进行通信。两个所述锚杆测量阵列汇集节点9分别 为布设在工作面运输巷4和工作面回风巷5内的第一汇集节点和第二汇集节点，所述第一 汇集节点和第二汇集节点均为无线汇集节点。如图2-1所示，所述无线汇集节点包括第二 处理器9-1以及分别与第二处理器9-1相接的无线信号接收模块9-2、第一无线通信模块 9-3和第二数据存储模块9-4,所述第一处理器8-3通过无线信号发射模块8-4和无线信号 接收模块9-2与第二处理器9-1进行通信；所述近场煤岩层析成像工作站2还包括与上位 机2-1相接的第二无线通信模块2-2,所述第二处理器9-1通过第一无线通信模块9-3和 第二无线通信模块2-2与上位机2-1进行通信。实际使用时，所述锚杆测量阵列汇集节点 9将与其相接的锚杆测量阵列汇集节点9的检测信号传送至上位机2-1之前，需先采用第 二处理器9-1对锚杆测量阵列汇集节点9中多个所述锚杆振动检测单元8分别进行地址编 码。
[0110] 本实施例中，所述近场煤岩层析成像工作站2安装在工作面运输巷4中。实际进 行安装布设时，可根据具体需要，对近场煤岩层析成像工作站2的安装位置进行相应调整。
[0111] 本实施例中，所述锚杆振动检测单元8中的第一处理器8-3、信号调理电路8-2、无 线信号发射模块8-4、第一数据存储模块8-5和信号采集电路8-6均布设在一个防爆壳体 内，且该防爆壳体通过紧固螺钉固定在所述内侧巷帮锚杆上，详见图3。
[0112] 本实施例中，两个所述锚杆测量阵列汇集节点9分别布设在工作面运输巷4和工 作面回风巷5内。
[0113] 实际使用时，通过两个所述锚杆振动测量阵列1-2中的多个锚杆振动检测单元8 对采煤机3在不同开采位置进行采煤时产生的应力波引起的锚杆6的振动信号进行实时检 测；两个所述锚杆测量阵列汇集节点9分别对两个所述锚杆振动测量阵列1-2中多个锚杆 振动检测单元8所检测信号进行无线中继传送。本实施例中，所述无线信号发射模块8-4 和无线信号接收模块9-2为基于TCP/IP网络协议的无线通信模块。
[0114] 实际使用时，锚杆振动测量阵列1-2中的多个所述锚杆振动检测单元8对采煤机 3在一个开采位置进行采煤时多个所述锚杆振动检测单元8所检测信号（即采煤机3在一 个开采位置的振动检测结果）进行同步采集。并且，所述锚杆测量阵列汇集节点9对锚杆 振动测量阵列1-2中多个所述锚杆振动检测单元8所检测信号进行传送时，将采煤机3在 同一开采位置进行采煤时多个所述锚杆振动检测单元8所检测信号进行同步传送。
[0115] 如图4所示的一种煤机采动激励下综采面近场煤岩动态层析成像方法，包括以下 步骤：
[0116] 步骤一、锚杆振动检测单元及开采位置检测单元布设：对需开采煤层进行回采之 前，先在工作面运输巷4和工作面回风巷5内由前至后分别布设多个所述锚杆振动检测单 元8,并在采煤机3上布设开采位置检测单元1-1 ;每个所述锚杆振动检测单元8的布设位 置均为一个测点；
[0117] 步骤二、煤机采动激励下综采面近场煤岩动态层析成像：沿综采面7的推进方向， 采用采煤机3由后向前对需开采煤层进行回采；回采过程中，对需开采煤层中沿综采面7推 进方向上各位置的综采面近场煤岩分别进行层析成像，且沿综采面7推进方向上各位置的 综采面近场煤岩的层析成像方法均相同；
[0118] 对需开采煤层中沿综采面7推进方向上任一位置的综采面近场煤岩进行层析成 像时，过程如下：
[0119] 步骤201、综采面开采及振动同步监测：采用采煤机3且沿综采面7的长度方向由 后向前对当前综采面进行开采，开采过程中通过开采位置检测单元1-1对采煤机3的开采 位置进行实时检测，并将所检测信号同步传送至近场煤岩层析成像工作站2 ;同时，通过位 于当前综采面前方的两个所述锚杆振动测量阵列1-2对振动激励源作用下综采面近场煤 岩的振动状态进行实时检测，并将所检测信号同步传送至近场煤岩层析成像工作站2,获得 当前综采面开采过程中采煤机3不同开采位置的振动监测结果；
[0120] 所述当前综采面为当前状态下进行开采的综采面7 ;
[0121] 所述采煤机3各开采位置的振动监测结果，均包括开采位置检测单元1-1检测到 的该开采位置的位置信号和采煤机3在该开采位置进行采煤时两个所述锚杆振动测量阵 列1-2中所有振动检测单元8检测到的振动信号；
[0122] 步骤202、综采面近场煤岩层析成像：所述近场煤岩层析成像工作站2接收到步骤 201中采煤机3不同开采位置的振动监测结果后，所述上位机2-1根据接收到采煤机3不同 开采位置的振动监测结果，并结合两个所述锚杆振动测量阵列1-2中各锚杆振动检测单元 8的布设位置，采用上位机2-1且按照速度层析成像方法，获得沿综采面7推进方向上当前 位置的综采面近场煤岩层析图像，完成综采面7当前推进位置的综采面近场煤岩层析成像 过程；
[0123] 步骤203、综采面向前推进至下一位置的综采面近场煤岩层析成像：按照步骤201 至步骤202中所述的方法，完成综采面7向前推进至下一位置的综采面近场煤岩层析成像 过程；
[0124] 步骤204、一次或多次重复步骤203,直至完成需开采煤层中沿综采面7推进方向 上各位置的综采面近场煤岩层析成像过程。
[0125] 需说明的是：步骤202中所述的沿综采面7推进方向上当前位置指的是综采面7 的当前推进位置，也是所述当前综采面所处的位置。因而，步骤202中沿综采面7推进方向 上当前位置的综采面近场煤岩层析图像，为当前综采面开采过程中综采面近场煤岩的层析 图像。相应地，步骤203中综采面7向前推进至下一位置指的是沿综采面7推进方向将综 采面7向前推进后的下一个推进位置。步骤204中需开采煤层中沿综采面7推进方向上各 位置的综采面近场煤岩层析成像过程，指的是需开采煤层中综采面7向前动态推进过程中 各推进位置的综采面近场煤岩层析成像过程，完成综采面7向前动态推进过程中的综采面 近场煤岩动态层析成像过程。
[0126] 本实施例中，需开采煤层中一个综采面7的综采面近场煤岩层析成像，详见图 4-1。图4-1中，Length表示综采面7的长度，Width表示综采面7的宽度，velocity表示 速度。
[0127] 本实施例中，步骤201中获得的采煤机3不同开采位置的振动监测结果为综采面7 当前推进位置开采过程中采煤机3在不同开采位置进行采煤时产生的应力波的检测结果， 即所述当前综采面开采过程中采煤机3在不同开采位置进行采煤时产生的应力波的检测 结果；
[0128] 步骤202中所述近场煤岩层析成像工作站2接收到步骤201中采煤机3不同开采 位置的振动监测结果后，所述上位机2-1先对接收到的采煤机3不同开采位置的振动监测 结果进行同步存储；
[0129] 步骤202中进行层析成像之前，先采用上位机2-1选取综采面7当前推进位置开 采过程中采煤机3的m个开采位置作为有效振动监测位置，并对m个所述振动监测位置的 位置信息进行记录；之后，上位机2-1根据m个所述有效振动监测位置的位置信息，从步骤 201中获得的采煤机3不同开采位置的振动监测结果中提取出m个所述有效振动监测位置 的振动监测结果；其中，m为正整数且m彡3 ;
[0130] 步骤202中进行层析成像时，所述上位机2-1根据提取出的m个所述有效振动监 测位置的振动监测结果，并结合两个所述锚杆振动测量阵列1-2中各锚杆振动检测单元8 的布设位置，且按照速度层析成像方法，获得沿综采面7推进方向上当前位置的综采面近 场煤岩层析图像；
[0131] 步骤204中完成需开采煤层中沿综采面7推进方向上各位置的综采面近场煤岩层 析成像过程后，获得综采面7各推进位置开采过程中综采面近场煤岩的层析图像；所获得 的综采面7各推进位置开采过程中综采面近场煤岩的层析图像，按照沿综采面7推进方向 上的开采先后顺序排序后组成需开采煤层的综采面近场煤岩的动态层析图像。
[0132] 本实施例中，步骤202中进行层析成像时，包括以下步骤：
[0133] 步骤2021、速度模型建立：建立成像区域层析成像用的速度模型，所述速度模型 为初始模型且其为网格模型；所述成像区域为当前综采面前方的探测区域且其为综采面7 当前推进位置的综采面近场煤岩所处区域；
[0134] 步骤2022、振动监测结果分析处理：对提取出的m个所述有效振动监测位置的振 动监测结果分别进行分析处理，m个所述有效振动监测位置的振动监测结果的分析处理方 法均相同；其中，对任一个所述有效振动监测位置的振动监测结果进行分析处理时，包括以 下步骤：
[0135] 步骤20221、任意两测点间应力波实际走时差计算：根据当前开采位置的振动监 测结果，计算得出工作面运输巷4内的各测点与工作面回风巷5内的各测点之间的应力波 实际走时差；
[0136] 其中，工作面运输巷4内的测点p与工作面回风巷5内的测点q之间的应力波实 际走时差，记作AT(p'q);AT(p'q)为当前分析应力波到测点p的初至时间与到达测点q的初 至时间的时间差；其中，所述当前分析应力波为采煤机3在当前开采位置进行采煤时产生 的应力波；所述当前开采位置为当前分析处理的有效振动监测位置；
[0137] 其中，步骤一中两个所述锚杆振动测量阵列1-2中所包括锚杆振动检测单元