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1、技术说明书尤洛卡矿业安全工程股份KJ623 煤矿用冲击地压地音监测系统技术说明书尤洛卡矿业安全工程股份山东科技大学煤矿灾难监测工程技术争论中心 KJ623 煤矿用冲击地压地音监测系统技术说明书一、概述在煤矿开采中，煤岩体弹性变形能的瞬时释放而产生突然猛烈破坏的动力现象称为“冲击地压”或“冲击矿压”。采场冲击地压已成为引发煤矿地质灾难的重要因素之一。目前我国煤矿普遍承受动态仪来观测顶板下沉速度，使用压力表测量支柱载荷等方法实现对顶板来压的推想，这些方法实施较便利，但实现连续推想困难较大且繁琐，信息量少。地音即声放射 Acoustic Emission，简称AE 是指煤岩体在受力变形或破坏过程中以
2、弹性波的形式释放应变能的现象。地音信号的多少、大小等指标的变化反映了煤岩体受力状况。通过对煤岩体地音频度和能量的参数的统计分析，了解地音在突出或冲击地压前的活动规律及特征，从而可以实现地音监测技术对矿井动力灾难的推想预报。我国在 80 年月开头引进了波兰 SAK 地音监测系统、ARES-5/E 监测系统，90 年月开头又间续引进了波兰的微震监测系统。由于本钱、效劳等因素影响在推广方面受到了限制。我公司生产的 KJ623 冲击地压地音监测系统于 2023 年立项研发， 承受了先进的 DSP 处理技术和嵌入式采集分析技术，集成了计算机技术最应用成果，形成了国内第一套自主学问产权的地音监测系统，其技
3、术性能指标均优于进口同类产品水平。KJ623 冲击地压地音监测系统地音测量方法承受了煤岩体声放射载体传导测量技术，系统构造承受了 RS485 总线+以太环网构造，传输系统兼容目前现代化矿井的主要通讯形式。KJ623 地音监测系统的两级总线构造和分布式处理力气可形成全矿井的地音实时监测系统。二、地音监测系统应用目的1针对冲击地压发生的特点，在局部开采区域实施地音监测。为本矿冲击地压的综合防治供给依据。2通过实施地音监测，确定局部应力作用范围和强度，为钻孔卸压供给指导。10三、地音监测系统主要功能1） 通过监测地音大事参数指标的变化，用以确定监测范围内的煤岩体内部受力裂开过程中所伴随的地音强度和频
4、度，并以图表的形式实时在线显示，超过预警幅度时，报警显示。2） 得出班累计地音大事数、班累计能量、平均能量、与前十班平均能量偏差、频度偏差，并生成报表、打印。3） 得出巷道地音分布云图。4） 得出工作面地音分布云图5） 得出地音大事的危急等级6） 原始地音信号分析，给出同一时刻各通道关联曲线分析图，及加权分析图。7） 经过长期监测后，可以在已有数据的根底上，对下一时段内监测区域危急等级进展推想，从而实现对监测区域的危急性评价和预警。三、工作原理高应力岩层破坏区声波传导锚杆巷道地音传感器冲击地压发生是一个能量渐变到突变的过程，即煤岩体从微小裂开到破坏的过程，由于煤岩体是一种非均质体，其中存在各种
5、微裂隙、孔隙等，以致煤岩体在受外力作用时就会在这些缺陷部位产生应力集中，发生突发性裂开，使积聚在煤岩体中的能量得以释放，且以弹性波的形式向外传播。这就是煤岩体在地应力、瓦斯压力及采掘作用等影响下产生的地音现象。植入煤体中的锚杆作为声波的传导体，将地音信号传导至地音传感器。地音信号的传导如图 1 所示。图 1.岩层应力作用破坏地音传播示意图地音信号的多少、大小等指标的变化反映了岩体受力的状况。表征地音的参量包括：分级大事数、总大事数、能率、地音信号的频度等，它们分别反映了地音信号或者地音大事的不同特征。它们表征了煤岩体内部变形或破坏的状况，故通过对地音信号的采集、处理、分析和争论可以推断煤层内部
6、的形态变化。对某一区域连续进展地音监测，并系统地分析地音大事的频度、能量等一系列地音参量，找出地音活动规律，以此推断煤岩体受力状态和破坏过程，评价煤岩体的稳定性，推想预报冲击地压、煤与瓦斯突出以指导煤矿安全生产。四、技术特点1、承受煤岩体声放射载体传导测量技术监测声放射信号；2、智能数字滤噪技术，可有效去除设备作业产生的噪声干扰；3、支持测试模式，井下、井上均可直接观看地音大事原始波形图4、专利构造的地音传感器可直接安装锚杆载体上，安装、拆卸便利5、现场触发门限、程控增益调整6、系统承受总线构造，主传输系统兼容电缆、光线、以太环网通讯7、支持 USB 存储读取功能五、系统构造与组成地音监测系统
7、由井下和井上两大局部组成，构造图见附页。地音监测系统一般安装在主要生产空间，例如回采工作面和掘进工作面。在上下顺槽煤壁打入锚杆， 将地音传感器安装在锚杆露出煤体的一端，各传感器通过3 通接线盒挂接在 485 总线上，为施工便利，一般一个工作面上下顺槽各安装一个地音监测分站。确定井下主要噪声设备，将设备开停传感器安装在设备供电电缆上，并连接信号转换器，信号转换器也挂接在 485 总线上。系统承受总线型构造，监测分站通过485 总线循测各地音传感器通道以及设备开停传感器。将同一工作面的地音监测分站设置不同的分站编号，各个监测分站通过 485 总线把通信数据上传至接入网关，接入网关通过电口或者光口上
8、传至交换机。可多个工作面同时安装，每个工作面都需接入网关，将各自工作面的数据上传至以太网。计算机软件统计分析数据，得出结论。具体井下硬件系统主要包括：1） GDD 矿用本安型地音传感器2） GDD 矿用本安型地音变送器3） KGT9-E 矿用机电设备开停传感器4） KJ623-Z 矿用本安型信号转换器5） KJ623-F 矿用本安型地音监测分站6） KJJ12 矿用本安型网关7） KJJ12 矿用本安型网络交换机8） KDW660-12B 矿用隔爆兼本安型直流稳压电源9） 三通接线盒及通讯电缆等组成。六、地音传感器的布置与安装地音传感器是地音监测技术中最重要的局部，地音传感器的性能直接影响地音
9、监测的结果。我公司生产的 GDD 矿用本安型地音传感器频率范围为 300-2023HZ， 地音探头灵敏度为 653 dB(V/m/s)，以锚杆为地音传导体，传感器安装在锚杆上，安装、拆卸简洁便利。地音传感器的安装与布置包括内容有：圈定监测区域与传感器有效接收范围、传感器安装位置、传感器安装构造、传感器安装层位及安装深度等。依据监测内容顶板活动、煤层片帮或裂开的不同，地音传感器的安装位置也应有所不同。系统可用于监测回采工作面，也可用于掘进巷道。1地音传感器可安装在工作面的上下顺槽煤柱中，安装示意图见图 2。安装个数为每个巷道 8-16 个。为保证地音监测结果的牢靠性，在实际监测中，地音8-16个
10、传感器顺槽40-100m50m50m工作面50m50m顺槽8-16个传感器传感器宜布置在据工作面 40-100 米处，各传感器间距应选择 40-50 米为宜。随着开采进度的推动，需要移动传感器。我公司的生产地音传感器具有 M20 的螺纹接口，可直接拧在特制的锚杆上，安装、拆卸简洁便利，变更传感器位置时废弃锚杆， 取下传感器，在距离工作面最远的那个传感器之后，距离 50 米左右，重植入锚杆，将取下的传感器安装在该锚杆上即可，如图中红色虚线所示。图 2. 地音传感器安装在工作面上下顺槽煤柱示意图（2） 安装在掘进巷道顶板上。掘进工作面，地音传感器安装在顶板上，传感器的安装如图 3 所示。每个巷道顶
11、板安装 8 个传感器。各传感器间间距 50 米，第一个传感器距离离掘进头 50 米，随着掘进面的推动，将最终一个传感器挪至第一个传感器之前。锚杆顶板8个传感器巷道工作面实体煤8个传感器巷道图 3. 地音传感器掘进巷道安装示意图螺母地音传感器电缆煤体1-2 米15 公分对于地音锚杆安装深度问题，综合考虑安装难易，接收效果的好坏及抗干扰力气的强弱，锚杆的安装深度宜在1-2 米之间，露出煤层15 公分左右。安装时，首先植入锚杆，锚杆与媒体要充分耦合，否则会造成地音信号严峻衰减。首先在露出煤层的锚杆端头安装 M20 的螺母，然后再安装传感器，最终把 M20 的螺母锁紧。示意图如图 4。图 4. 传感器
12、与锚杆安装示意图七、优势特点与市场上同类型的产品 ARES5/E 比较，我们的产品具有以下优势特点我公司 KJ623 地音监测系统ARES5/E 地音监测系统传感器安装方式 安装在锚杆上，安装拆卸便利传输方式数字化传输，稳定牢靠，抗干扰力气强，可扩展，可兼容性强井下人机接口井下分站1） 中文真彩界面2） 按键操作3） 可依据现场状况设置触发阈值门限，程控放大增益4） 可直接观看井下地音原始波形图。测试模式支持测试模式，可以直接观看地音信号原始波形，为触发电平、放大倍数的设置供给最直接的依据。滤噪技术1增加设备开停传感器2先进的数字滤波技术33 种滤噪模式可选：直接丢弃噪声数据、数字滤波器、不滤
13、噪盘读取支持 U 盘读取软件常规功能数据统计、数据查询打印、报表地音大事数据分 1地音大事的危急等级析功能2巷道地音分布云图。3） 地音大事均方差曲线分析4） 地音大事均值曲线分析5） 地音大事频度分布分析6） 地音信号频谱分析7） 原始地音信号分析，给出同一时刻各通道关联曲线分析图，及加权分析图。8） 工作面地音分布云图安装在锚杆上，安装拆卸便利电流传输方式无无由专业人士凭阅历手动删除数据库中的噪音数据无数据统计、数据查询打印、报表印地音大事的危急等级八、系统功能1 参数设置。上位机软件与井下分站均可进展参数设置，并且可同步。参数设置包括：工作面编号、分站编号、传感器总数、触发电平、程控增益
14、、时间、滤噪方式、工作模式。上位机软件还包括：循测周期、分站使用状态。2、地音信号采集。能够采集煤岩体内频率为 300-2023Hz 的地音大事。当现场有地音大事发生，并且大事的幅度超过设置的触发电平，系统就会自动开启采集，采样频率 10KHz，每次采集时间 30ms。信号经过变送器放大滤波处理，转换成数字信号，井下分站将采集到的各通道地音数字数据进展处理，将处理结果上传至井上。3、测试模式。测试模式包括井上测试模式，以及井下测试模式。测试模式为设备安装调试供给便利，并可在井下为用户供给最直观的地音原始波形图显示。（1） 井下测试模式。地音监测分站承受 DSP 高速处理器，带有真彩液晶显示屏、按键、菜单式选择界面。工作人员在井下分站上设置好参数、工作模式，即可直接观看某个通道的原始地音信号波形图。此功能在初次安装设备时，有利于工作人员能更好地设置触发电平、程控增益等参数。（2） 井上测试模式。井上上位机，通过软件设置好参数，可直接在电脑上观看井下某通道的原始地音信号波形图，并能够对原始曲线进展加权处理，统计分析，该功能有利于工作人员进展数据分析。4、原始数据 U 盘读取功能。井下监测分站带有 USB 接口，支持 U 盘读取。插入 U 盘，设置工作模式后，可将地音原始数据直接存入 U 盘。上位机软件可读取 U 盘数据，进展数据分析，显
