一种便携式矿山动力灾害监测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种便携式矿山动力灾害监测装置，属于矿山安全监测设备技术领域，该装置的结构包括数据采集结构，对采集数据进行调理、转换、统计计算、存储和显示的监测主机，对处理后数据进行后期分析并预警的计算机；其中：数据采集结构包括安装在监测区域的电磁感应传感器、低频声波传感器、低频拾震传感器和电荷感应传感器，传感器同时监测矿山岩体或煤岩体将产生的电磁、声发射、微震、电荷感应四种信号，并将监测的信号传输至监测主机进行信号的调理、转换、统计计算、存储和显示，进而传输至计算机，由计算机内部的数据分析软件进行数据的深化分析，完成监测区域的动态趋势图形、区域趋势预警、超限预警、报警级别、自动报表数据处理。

Portable mine power disaster monitoring device

The utility model provides a portable mine power disaster monitoring device, which belongs to the technical field of mine safety monitoring equipment, the structure of the device comprises a data acquisition structure, monitoring host conditioning, conversion, calculation, storage and display of data collection, analysis of the post processed data and warning the computer; data acquisition the installation structure comprises a vibration pick-up sensor and charge induction sensor in electromagnetic induction sensor, monitoring area low frequency acoustic sensor, low frequency, electromagnetic, acoustic sensors and monitoring of mine rock or coal rock will produce the emission, MS, four kinds of charge induction signal, and the signal is transmitted to the monitoring host monitoring signal conditioning and conversion statistics, calculation, storage and display, and then transmitted to the computer by the computer's internal data analysis software Carry on the deep analysis of the data, complete the dynamic trend graph of the monitoring area, regional trend warning, exceed limit warning, alarm level, automatic report form data processing.

【技术实现步骤摘要】
一种便携式矿山动力灾害监测装置
本技术涉及矿山安全监测设备
，具体地说是一种便携式矿山动力灾害监测装置。
技术介绍
矿山动力灾害主要包括冲击地压（岩爆）、煤与瓦斯突出、顶板垮落、突水等，是国内外矿山特别是煤矿开采过程中常见的工程诱发灾害，约占我国矿山事故次数的80%，对矿山安全和高效生产造成严重影响。矿山动力灾害具有发生时间不确定、灾害过程瞬间发生和破坏力强三大特点。灾害过程中常伴随矿井瓦斯涌出异常，诱发瓦斯爆炸事故，造成群死群伤。2014年我国国有重点煤矿1404处，其中煤与瓦斯突出矿井274个，冲击地压矿井142个。随着我国能源需求和开采量的不断增加，未来我国大部分矿井将进入深部开采阶段，深部开采瓦斯压力、地应力增大，矿山动力灾害更加严重，预防的难度将更大。通过先进的监测预警技术来对灾害发生前的前兆信号时-空演化规律进行趋势特征分析，能够为灾害预警提供重要参考数据和决策基础，将是未来矿山动力灾害防治的重要组成部分。随着矿山开采深度的不断加大，矿山动力灾害将愈加严重。据资料统计表明，“十一五”期间，我国煤矿重、特大瓦斯突出事故的起数和死亡人数分别占40%和28.5%。从煤矿重特大事故可以看出，煤与瓦斯突出事故的比例逐年上升，遏制煤与瓦斯突出、冲击地压等矿山动力灾害事故是今后减少矿山特别是煤矿重特大事故的重中之重。矿山岩体或煤岩体受采掘扰动或地壳应力等外部作用而发生微破裂萌生、发展、贯通直至失稳。研究发现，在这一演化过程中，矿山岩体或煤岩体中天然储存的和外加力场作用的能量将以各种形式被释放，如电磁能、声能、应力波、热能、弹性能等。基于此，研究人员发现，电磁、声发射、微震、电荷感应多指标监测技术可广泛应用于岩爆、冲击地压、煤与瓦斯突出等矿山动力灾害的监测预警。目前，传统的监测方式是通过向煤体打钻测试钻屑量、瓦斯参数、单一地球物理信号监测等方法进行测试，这些测试方法具有工程量大、预测作业时间长的缺点，同时，测得的预测信息量少、准确率低，还时常出现低指标发生及高指标不发生灾害的情况，更容易漏报、误报，造成严重后果，而且打预测钻孔时扰动煤体，常诱发冲击或突出事故，具有很大的危险性。近年来，煤岩体电磁、声发射、微震、电荷感应等地球物理信号特性及其应用研究方面取得了较大进展，专利技术专利“预测含气煤岩体砼灾害的方法及装置”（ZL981111858）通过非接触监测受载煤岩体变形破裂时产生的电磁辐射信号及其变化规律，预测预报冲击地压和煤与瓦斯突出等煤岩体动力灾害的危险性，但其只能进行单通道电磁信号的监测，监测区域很小，抗干扰能力差，属于很初级的应用。技术专利“煤岩体动力灾害电磁辐射监测装置”（ZL01272808X）也只能进行单通道电磁信号的监测，还需要外接隔爆电源才能工作，安装繁琐且劳动强度大，也存在抗干扰能力差问题，同时分析预警功能较弱，无法通过系统给快速对区域动态变化进行预警、超限预警、预警级别判断、自动报表并提供数据。专利技术专利“煤岩动力灾害实时监测预报装置及预报方法”（ZL200410065793.1）公开的技术方案可以连续不间断的进行远程监测，并可与KJ煤矿安全监测系统相连，但是其只能进行单通道的电磁辐射信号监测，无法同步记录电磁、声发射等其它地球物理信号；另一方面，装置电路设计采用的均是早期芯片，信号实时处理能力和存储能力差，且也存在单一电磁辐射信号抗干扰能力弱的问题。技术专利“一种移动式多通道电磁辐射监测系统”（ZL200720127916.9）公开的技术方案能够通过多个电磁辐射天线同时对多个测点的电磁辐射信号进行监测，扩大了监测面积，但是由于其信号只有电磁辐射一种，所以其抗干扰能力较弱；同时，采用传统放大器进行信号放大，整机功耗高，仪器体积大且笨重，移动性差。技术专利“一种在线式双通道声电监测装置”（ZL201420067217.X）公开的技术方案虽然实现了电磁和声发射信号的同步监测，但是只能进行在线式工作，并且需要外界隔爆电源供电，安装繁琐且劳动强度大，不能进行便携式、多信号、多区域的移动式同步监测；装置内部无电池组供电，外部断电将直接导致无法测试及数据丢失，且存储采用的是USB存储方式，存在读写速度慢、使用寿命短等问题。基于上述陈述，利用电磁、声发射、微震、电荷感应四种信号的便携式、多区域、多尺度同步监测预警矿山动力灾害（如冲击地压、煤与瓦斯突出等）时-空演化过程中的地球物理信号，设计一种便携式矿山动力灾害监测装置。
技术实现思路
本技术的技术任务是解决现有技术的不足，提供一种便携式矿山动力灾害监测装置，实现多个测点或区域的同步监测，其适用于金属矿山岩爆、煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出等矿山动力灾害的监测预警。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种便携式矿山动力灾害监测装置，该装置包括数据采集结构，对采集的数据进行调理、转换、统计计算、存储和显示的监测主机，以及对处理后数据进行后期分析并预警的计算机。其中：数据采集结构包括安装在监测区域的电磁感应传感器、低频声波传感器、低频拾震传感器和电荷感应传感器，用于监测矿山岩体或煤岩体受载非匀速变形破裂过程中产生的电磁信号、声发射信号、微震信号、电荷感应信号；监测主机包括依次连接的放大器、A/D转换器和内嵌分析处理程序的处理器，上述电磁感应传感器、低频声波传感器、低频拾震传感器和电荷感应传感器分别通过匹配电阻一一相对连接于放大器的输入端；监测主机还包括分别连接于处理器输出端的数据存储器、USB通讯接口、显示器、充电接口，以及给监测主机提供电能的电池组；计算机连接于监测主机的USB通讯接口，计算机包含有SQL数据库与数据分析软件，数据分析软件根据USB通讯接口传送的数据完成区域动态趋势图形、区域趋势预警、超限预警、报警级别、自动报表数据处理。在上述结构的基础上，所涉及监测主机还包括不锈钢外壳，上述匹配电阻、放大器、A/D转换器、内嵌分析处理程序的处理器、充电接口、电池组分别位于不锈钢外壳内部，上述数据存储器、USB通讯接口和显示器分别位于不锈钢外壳外侧。在上述结构的基础上，所涉及监测主机的数量为至少两台，每台监测主机的处理器输出端连接有同步端口，至少两台监测主机的同步端口之间通过电缆并联连接，且每个同步端口的电缆采用三通接线盒进行分线。在上述结构的基础上，所涉及电磁感应传感器的监测频率范围为1kHz-500kHz,低频声波传感器监测的声波频率范围为0.5kHz-20kHz，低频拾震传感器监测的微震波频率范围为0.1Hz-300Hz；电磁感应传感器有效监测范围不小于30米，低频声波传感器有效监测范围不小于100米，低频拾震传感器有效监测范围不小于1000米，电荷感应传感器有效监测范围不小于10米。在上述结构的基础上，所涉及放大器和A/D转换器的数量分别等于电磁感应传感器、低频声波传感器、低频拾震传感器、电荷感应传感器的数量和，且一个传感器的输出端连接于一个放大器的输入端；放大器为二级放大器，放大器采用AD8421芯片；A/D转换器采用AD9221芯片。在上述结构的基础上，所涉及A/D转换器采用AD9221芯片，处理器为STM32处理器。在上述结构的基础上，所涉及数据存储器采用W25Q64型flash芯片，USB通讯接口采用C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种便携式矿山动力灾害监测装置，该装置包括数据采集结构，对采集的数据进行调理、转换、统计计算、存储和显示的监测主机，以及对处理后数据进行后期分析并预警的计算机，其特征在于，所述数据采集结构包括安装在监测区域的电磁感应传感器、低频声波传感器、低频拾震传感器和电荷感应传感器；所述监测主机包括依次连接的放大器、A/D转换器和内嵌分析处理程序的处理器，上述电磁感应传感器、低频声波传感器、低频拾震传感器和电荷感应传感器分别通过匹配电阻一一相对连接于放大器的输入端；监测主机还包括分别连接于处理器输出端的数据存储器、USB通讯接口、显示器、充电接口，以及给监测主机提供电能的电池组；所述计算机连接于监测主机的USB通讯接口，计算机包含有SQL数据库与数据分析软件，数据分析软件根据USB通讯接口传送的数据完成区域动态趋势图形、区域趋势预警、超限预警、报警级别、自动报表数据处理。

【技术特征摘要】
1.一种便携式矿山动力灾害监测装置，该装置包括数据采集结构，对采集的数据进行调理、转换、统计计算、存储和显示的监测主机，以及对处理后数据进行后期分析并预警的计算机，其特征在于，所述数据采集结构包括安装在监测区域的电磁感应传感器、低频声波传感器、低频拾震传感器和电荷感应传感器；所述监测主机包括依次连接的放大器、A/D转换器和内嵌分析处理程序的处理器，上述电磁感应传感器、低频声波传感器、低频拾震传感器和电荷感应传感器分别通过匹配电阻一一相对连接于放大器的输入端；监测主机还包括分别连接于处理器输出端的数据存储器、USB通讯接口、显示器、充电接口，以及给监测主机提供电能的电池组；所述计算机连接于监测主机的USB通讯接口，计算机包含有SQL数据库与数据分析软件，数据分析软件根据USB通讯接口传送的数据完成区域动态趋势图形、区域趋势预警、超限预警、报警级别、自动报表数据处理。2.根据权利要求1所述的一种便携式矿山动力灾害监测装置，其特征在于,所述监测主机还包括不锈钢外壳，上述匹配电阻、放大器、A/D转换器、内嵌分析处理程序的处理器、充电接口、电池组分别位于不锈钢外壳内部，上述数据存储器、USB通讯接口和显示器分别位于不锈钢外壳外侧。3.根据权利要求1或2所述的一种便携式矿山动力灾害监测装置，其特征在于,所述监测主机的数量为至少两台，每台监测主机的处理器输出端连接有同步端口，至少两台监测主机的同步端口之间通过电缆并联连接，且每个同步端口的电缆采用三通接线盒进行分线。4.根据权利要求1或2所述的一种便携式矿山动力灾害监测装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：田胜利，朱胜利，谭文峰，王广涛，周恒，
申请(专利权)人：田胜利，
类型：新型
国别省市：山东,37