一种基于共振频率监测的多系统预防煤岩动力灾害的方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于共振频率监测的多系统预防煤岩动力灾害的方法，属于煤岩动力灾害防治技术领域，从共振角度入手结合多种监测方法对煤岩动力灾害进行预测预报，提升了对煤岩动力灾害预测预报的准确性、及时性；通过合理布置测点使得监测结果更加合理、精确，有利于提前做好支护措施，时钟模块的设置，确保了数据同步的同时，避免了对大量无用数据的监测，提高了系统的稳定性和效率。提高了系统的稳定性和效率。提高了系统的稳定性和效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于共振频率监测的多系统预防煤岩动力灾害的方法


[0001]本专利技术属于煤岩动力灾害防治
，具体涉及一种基于共振频率监测的多系统预防煤岩动力灾害的方法。

技术介绍

[0002]随着我国中东部地区浅部煤炭资源趋于枯竭，向深部开采获取资源成为必然。冲击地压是严重的煤岩动力灾害，在地下深部区域，围岩具有高应力、高应变。近年来，随着矿井开采深度增加，地质条件更加复杂，冲击地压灾害愈发严重，重特大事故时有发生。现场监测表明，很多冲击事故的震源和破坏位置并不相同，引起煤岩失稳破坏的震源多为远场低频震源。
[0003]煤岩动力灾害的产生具有多方面的信息表征，如频率、震动、应力、电磁等多方面的变化。现有的煤岩动力灾害监测技术侧重点不同，监测预警阈值也不同。受到井下恶劣环境、施工人为因素等的影响，数据获取、传输等受到较大影响，另外，数据采集传感器往往存在误差，数据采集不能同步，导致数据分析不准确、不深入，容易产生误报、错报现象。
[0004]在冲击地压演化过程中，煤岩体有一个相对较低的固有频率，当地震波的频率与煤岩体的固有频率接近时，会发生共振放大效应，两者频率越接近，放大效应越明显，波的振幅增大，围岩积聚大量弹性能，最终在低频高能区引发煤岩动力灾害事故。因此，将共振监测纳入煤岩动力灾害的防治，具有重要意义。
[0005]这里需要说明的是，共振是指一物理系统在特定频率和波长下，比其他频率和波长以更大的振幅做振动的情形。固有频率是结构的一种固有属性，不管外界有没有对结构进行激励，结构的固有频率都是存在。巷道围岩本身具有较低的固有频率，当远处岩层断裂产生低频震源，传递出震动波，当震动波频率与巷道围岩本身具有的固有频率相近或者一致时，产生共振放大效应。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的以上问题，本专利技术提供了一种基于共振监测的多系统煤岩动力灾害预防系统及方法，以解决以上问题中的至少一个。
[0007]本专利技术采用以下技术方案实现其技术目的：一种基于共振监测的多系统煤岩动力灾害预防系统，其包括固有频率监测系统、微震传感监测系统、支架应力检测系统、电磁辐射煤岩破裂监测系统、数据采集系统、数据存储及处理系统、大数据智库云系统和灾害预警系统，数据采集系统与固有频率监测系统、微震传感监测系统、支架应力检测系统和电磁辐射煤岩破裂监测系统通信连接，数据采集系统与数据存储及处理系统通过信号线远程连接，数据存储及处理系统与大数据智库云系统通过互联网络通信连接；其中，固有频率监测系统包括激光多普勒测振仪，利用该激光多普勒测振仪能够监测巷道围岩的振动幅度和频率，当远场震源引起巷道围岩产生共振放大效应时，能够通
过激光多普勒测振仪捕捉到巷道围岩表面振动幅度与频率增大；微震传感监测系统包括沿巷道方向间隔一定距离布置的多个微震传感器，其利用不同的微震传感器所接收到的纵波的时间差，确定破裂的位置，并在三维空间上显示；支架应力检测系统包括液压支架和安装在液压支架上的支架应力监测传感器，其用于记录支架支撑力，监测记录工作面来压数据；电磁辐射煤岩破裂监测系统用于对煤岩应力集中以及微破裂、大破裂进行监测，主要监测煤岩体破裂产生的能量和脉冲；数据采集系统位于井下巷道内，用于对固有频率监测系统、微震传感监测系统、支架应力检测系统和电磁辐射煤岩破裂监测系统所获取的数据进行采集并将采集的数据传送至数据存储及处理系统，以及，对固有频率监测系统、微震传感监测系统、支架应力检测系统和电磁辐射煤岩破裂监测系统的采集状态进行调控；数据存储及处理系统位于地面，用于对来自数据采集系统的数据进行计算处理，调用大数据智库云系统中与所述来自数据采集系统的数据相匹配的相关数据，进行深入挖掘，并根据预警条件启用灾害预警系统进行预警及逃生线路规划；大数据智库云系统中包含有相邻矿井的开采数据以及本矿井中开采的历史数据，用于为煤岩动力灾害预防提供数据支撑。
[0008]与现有技术相比，本专利技术至少具备以下有益效果：利用固有频率监测系统基于共振监测，从共振角度入手，对煤岩动力灾害进行预测预报；结合多种监测方法，提升对煤岩动力灾害预测预报的准确性、及时性；通过合理布置测点使得监测结果更加合理、精确，有利于提前做好支护措施；通过对获取数据的深入分析及挖掘，找寻规律，为煤岩动力灾害预防提供数据支撑；激光多普勒测振仪的设置方式，保证了其测量的振动频率和幅度准确，同时，时钟模块的设置，确保了数据同步的同时，避免了对大量无用数据的监测，提高了系统的稳定性和效率。
附图说明
[0009]此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：图1是本专利技术的煤岩动力灾害预防系统的系统组成示意图；图2是本专利技术在井下工作面附近的监测系统布置示意图；图3是本专利技术在井下巷道处的传感器布置示意图；图4是图3中A
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A区域的局部放大示意图；图5是本专利技术的激光多普勒测振仪安装示意图；图6是本专利技术的煤岩动力灾害预防方法的实施流程简图；图7是本专利技术一个实施例下的数据采集系统 原理图；其中，1
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采空区，2
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液压支架，3
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工作面，4
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支架应力监测传感器，5
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微震及电磁辐射监测测点，6
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固有频率监测点，61
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安装罩，62
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支撑单元，63
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激光多普勒测振仪，64
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盲板，7
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采掘方向，8
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巷道。
实施方式
[0010]下面结合附图对本专利技术的实施方式作详细说明。
[0011]如图1至图7所示，本专利技术提供了一种基于共振监测的多系统煤岩动力灾害预防系统， 其包括固有频率监测系统、微震传感监测系统、支架应力检测系统、电磁辐射煤岩破裂监测系统、数据采集系统、数据存储及处理系统、大数据智库云系统和灾害预警系统，数据采集系统与固有频率监测系统、微震传感监测系统、支架应力检测系统和电磁辐射煤岩破裂监测系统通信连接，数据采集系统与数据存储及处理系统通过信号线远程连接，数据存储及处理系统与大数据智库云系统通过互联网络通信连接；其中，固有频率监测系统包括LDV型激光多普勒测振仪63，利用该激光多普勒测振仪63能够监测巷道围岩的振动幅度和频率，当远场震源引起巷道围岩产生共振放大效应时，能够通过LDV型激光多普勒测振仪63捕捉到巷道围岩表面振动幅度与频率增大；微震传感监测系统包括沿巷道方向间隔一定距离布置的多个微震传感器，其利用不同的微震传感器所接收到的纵波的时间差，确定破裂的位置，并在三维空间上显示；通常情况下，微震越活跃的的区域，岩体破裂的可能性越大；支架应力检测系统包括液压支架2和安装在液压支架2上的支架应力监测传感器4，其用于记录支架支撑力，监测记录工作面来压数据等；电磁辐射煤岩破裂监测系统用于对煤岩应力集中以及微破裂、大破裂进行监测，主要监测煤岩体破裂产生的能量和脉冲；数据采集系统位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于共振频率监测的多系统煤岩动力灾害预防方法，该方法采用一种基于共振监测的多系统煤岩动力灾害预防系统来实现，其特征在于，所述多系统煤岩动力灾害预防系统包括固有频率监测系统、微震传感监测系统、支架应力检测系统、电磁辐射煤岩破裂监测系统、数据采集系统、数据存储及处理系统、大数据智库云系统和灾害预警系统，数据采集系统与固有频率监测系统、微震传感监测系统、支架应力检测系统和电磁辐射煤岩破裂监测系统通信连接，数据采集系统与数据存储及处理系统通过信号线远程连接，数据存储及处理系统与大数据智库云系统通过互联网络通信连接；其中，固有频率监测系统包括激光多普勒测振仪（63），利用该激光多普勒测振仪（63）能够监测巷道（8）围岩的振动幅度和频率，当远场震源引起巷道（8）围岩产生共振放大效应时，能够通过激光多普勒测振仪（63）捕捉到巷道（8）围岩表面振动幅度与频率增大；微震传感监测系统包括沿巷道（8）方向间隔一定距离布置的多个微震传感器，其利用不同的微震传感器所接收到的纵波的时间差，确定破裂的位置，并在三维空间上显示；支架应力检测系统包括液压支架（2）和安装在液压支架（2）上的支架应力监测传感器（4），其用于记录支架支撑力，监测记录工作面（3）来压数据；电磁辐射煤岩破裂监测系统用于对煤岩应力集中以及微破裂、大破裂进行监测，主要监测煤岩体破裂产生的能量和脉冲；数据采集系统位于井下巷道（8）内，用于对固有频率监测系统、微震传感监测系统、支架应力检测系统和电磁辐射煤岩破裂监测系统所获取的数据进行采集并将采集的数据传送至数据存储及处理系统，以及，对固有频率监测系统、微震传感监测系统、支架应力检测系统和电磁辐射煤岩破裂监测系统的采集状态进行调控；数据存储及处理系统位于地面，用于对来自数据采集系统的数据进行计算处理，调用大数据智库云系统中与所述来自数据采集系统的数据相匹配的相关数据，进行深入挖掘，并根据预警条件启用灾害预警系统进行预警及逃生线路规划；大数据智库云系统中包含有相邻矿井的开采数据以及本矿井中开采的历史数据，用于为煤岩动力灾害预防提供数据支撑。2.如权利要求1所述的一种基于共振频率监测的多系统煤岩动力灾害预防方法，其特征在于，所述激光多普勒测振仪（63）安装于巷道（8）的侧壁中部，用于对与该激光多普勒测振仪（63）相对一侧的巷道（8）侧壁的围岩振动幅度和频率进行监测。3.如权利要求2所述的一种基于共振频率监测的多系统煤岩动力灾害预防方法，其特征在于，所述激光多普勒测振仪（63）通过嵌入巷道...

【专利技术属性】
技术研发人员：李学龙，王恩元，李忠辉，陈绍杰，刘淑敏，王永，薛守振，翟明华，陈德友，王涛，耿学生，张新元，高振亮，王维斌，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：