一种基于声发射的岩爆前兆预警系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种基于声发射的岩爆前兆预警系统，属于矿山安全技术领域。在开挖岩体时安装声发射监测预警系统，在开采过程中，井下声发射传感器接收到监测区域岩体的声发射信号，经无线信号收发器实现无线传输，最终由地表监测站内的无线信号收发器接收并通过模数转换由计算机进行数据处理分析。根据岩体破坏失稳前出现声发射相对平静期，作为岩体发生岩爆灾害的前兆信息，报警装置启动，并发送至手机，有助于及时了解并采取防范措施，实现对监测区域岩体实时连续监测预警。该方法简单，预警效果好，可靠度高，适用于矿山岩体破裂失稳引起的岩爆等动力灾害预警，也适用于矿山、隧道、水电、交通、边坡等大型岩体工程动力灾害监测预警。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及矿山安全
，特别是指一种基于声发射的岩爆前兆预警系统。
技术介绍
随着经济的发展，矿产资源的需求不断增加，矿产资源开采逐步由浅部向深部区域转移。深部矿产资源处在复杂的地质条件和应力环境中，岩爆等动力灾害频繁发生，造成了设备损坏、人员伤亡，影响了矿产资源的安全高效生产。因此，岩爆等动力灾害严重阻碍了矿产资源的开发利用，动力灾害的监测预警问题亟待解决。目前矿山岩爆灾害监测预警主要有岩体应力变形监测、微震监测系统预警等方法。由于现场应力环境的复杂性和动力灾害发生的不确定性，常规的岩体应力变形监测手段往往难以准确表征岩爆前兆信息，预警关键点难以准确识别、准确率较低。微震监测系统能对全矿范围进行监测，获得大量的监测数据，但如何选取合适、有效的微震参数表征预警判据，仍未得到很好的解决。同时，微震监测系统造价高、结构复杂、现场缺乏熟练掌握和应用微震监测知识的专业技术人员，维护较为困难。因此，在国内还没有得到广泛应用。声发射是指材料受力后内部微裂纹萌生、扩展和断裂，能量以应力波的形式快速释放。声发射监测是指采用声发射仪器监测、记录声发射信号，可用于工程岩体稳定性评价。采用声发射监测预警系统对实验室岩石力学试验和现场岩体监测时，发现在岩石(体)破坏前都出现过声发射相对平静期。这一现象能够为现场工程岩体岩爆灾害监测预警提供新的思路，具有一定的应用价值。
技术实现思路
本技术针对矿山、隧道、水电、交通、边坡等工程领域中岩爆等动力灾害预警效果差，容易产生错误的预警结论等问题，提供一种基于声发射的岩爆前兆预警系统。该系统包括声发射传感器、声发射数据采集仪、信号放大器、无线信号收发器、模数转换器、计算机、报警装置、GPRS模块、手机和通信电缆，声发射传感器经通信电缆与声发射数据采集仪相连，声发射数据采集仪通过信号放大器与无线信号收发器相连，无线信号收发器之间为无线连接，地表监测站内的无线信号收发器通过模数转换器与计算机相连，计算机经报警装置和GPRS模块相连，GPRS模块通过GPRS无线网络与手机连接。声发射传感器具有定位功能，定位精度高，灵敏度好，能适应各种复杂环境。为了提高声发射事件定位效果，传感器数量应不少于6个；声发射数据采集仪为多通道监测仪器，内置模拟滤波器去除噪声事件，具有高采样率。采用该基于声发射的岩爆前兆预警系统的岩爆前兆识别方法具体步骤如下:(I)确定现场重点监测区域(采掘工作面、地质构造带、岛型或半岛型矿柱等)，合理布置监测点，并进行编号；(2)安装声发射监测预警系统:根据设计的监测点的地理坐标在监测区域打钻孔，合理布置声发射传感器，形成传感器阵列。将声发射传感器、声发射数据采集仪、信号放大器、无线信号收发器依次用通信电缆相连，无线信号收发器之间为无线连接。地表监测站内的无线信号收发器、模数转换器、计算机、报警装置和GPRS模块依次用通信电缆相连，GPRS模块和手机采用GPRS无线网络连接。(3)在地表监测站的计算机上运行声发射数据处理分析软件，设置相关参数，进行系统调试。调试正常后，系统正式运行，实时连续监测井下岩体变化，在计算机屏幕上实时显示、记录声发射参数时序变化曲线和事件空间定位效果；(4)在地表监测站的计算机显示屏上可以实时显示监测区域内的声发射事件定位结果，获得由于开采扰动诱发的声发射事件时空分布特征，从而确定声发射事件发生异常区域，结合声发射相对平静期岩爆前兆综合分析，制定合理的调整计划，提前采取必要的预防措施。其中，上述的声发射参数，包括声发射事件率、声发射能量率、声发射幅值、声发射频率等时序参数。声发射事件率是指声发射监测预警系统单位时间监测到的声发射事件数；声发射能量率是指单位时间声发射时间信号所释放的能量；声发射幅值指的是声发射信号波形的最大振幅值；声发射频率指的是声发射信号的频率。在矿石开采过程中，岩体介质在应力场扰动下会出现微裂纹萌生、扩展。贯通直至失稳破坏，同时能量以应力波的形式传播声发射事件。采用声发射监测岩体变化时，声发射活动变化与微裂纹的发展是相对应的。随着微裂纹的不断发展，声发射活动相应增强。在岩体宏观失稳前，声发射参数(事件率、能量率、幅值、频率)突然降低，出现相对平静期。通过相对平静期后，声发射参数急剧增加，岩体发生结构性的破坏失稳。因此，岩体破坏前出现的声发射相对平静期可作为现场岩体发生岩爆的前兆信息，声发射相对平静期的起始点可认为是岩爆灾害的预警关键点。本技术方法采用声发射监测预警系统对开挖后的岩体进行实时连续监测，根据监测区域岩体破坏失稳前出现声发射相对平静期这一现象，作为监测区域岩体发生岩爆灾害的前兆信息，声发射相对平静期起始点可作为监测区域岩体发生岩爆灾害的预警关键点。本技术的上述技术方案的有益效果如下:本技术采用岩体破坏失稳前出现声发射相对平静期进行岩爆灾害前兆预警识别，能够实现动态实时连续监测岩体变化。该方法简单，容易实施，可靠度高，不需要消耗巨大的人力、物力、财力投入，具有较好的适用性。适用于矿山岩体破裂失稳引起的岩爆等动力灾害预警，也适用于矿山、隧道、水电、交通、边坡等大型岩体工程动力灾害监测预警。【附图说明】图1为本技术的一种基于声发射的岩爆前兆预警系统结构示意图。[当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于声发射的岩爆前兆预警系统，其特征在于：包括声发射传感器(1)、声发射数据采集仪(2)、信号放大器(3)、无线信号收发器(4)、模数转换器(5)、计算机(6)、报警装置(7)、GPRS模块(8)、手机(9)和通信电缆(10)，声发射传感器(1)经通信电缆(10)与声发射数据采集仪(2)相连，声发射数据采集仪(2)通过信号放大器(3)与无线信号收发器(4)相连，无线信号收发器(4)之间为无线连接，地表监测站内的无线信号收发器(4)通过模数转换器(5)与计算机(6)相连，计算机(6)经报警装置(7)和GPRS模块(8)相连，GPRS模块(8)通过GPRS无线网络与手机(9)连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王春来，卢辉，保天才，卢志江，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：新型
国别省市：北京;11