煤矿工作面电法矩形观测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种煤矿工作面电法矩形观测系统及方法，该系统包括第一监测站、第二监测站、第一测线、第二测线和电法监测系统采集管理平台，电法监测系统采集管理平台连接第一监测站和第二监测站；第一监测站连接第一测线，第二监测站连接第二测线；第一测线和第二测线上均接入监测电极组。本发明专利技术能够同时获取沿矩形工作面走向和倾向的观测数据，在不增加设备使用成本的前提下大大提高了观测数据的空间密度，获得了更丰富的观测数据。获得了更丰富的观测数据。获得了更丰富的观测数据。

【技术实现步骤摘要】
煤矿工作面电法矩形观测系统及方法


[0001]本专利技术涉及一种矿井电法观测系统，属于矿井防治水领域，具体涉及一种煤矿工作面电法矩形观测系统及方法，该方法适用于煤矿井下采煤工作面水害隐患探测和监测。

技术介绍

[0002]矿井电法在煤矿井下的应用有数十年的历史，主要用于掘进工作面水害隐患超前探测和采煤工作面顶、底板水害隐患探测及监测等。对于采煤工作面顶、底板水害隐患探测及监测而言，电透视法是较为常见的一种观测方法。电透视法一般沿工作面走向布置两条平行的直线型测线，测线分别位于工作面两侧的巷道中，采用两台电法仪器各带一条测线，相互配合展开观测。采用这种观测系统获得的观测数据空间密度极低，导致反演成像结果出现沿工作面倾向的条带状异常。之所以会出现这种现象，是因为测线仅沿工作面走向布置，观测数据中几乎不包含沿工作面倾向的地质信息。为了同步获取沿工作面倾向的观测数据，一般可以通过增加沿工作面倾向的测线来实现。沿工作面倾向的测线，可以布置在切眼、工作面内部的联络巷或钻孔中，形成沿巷道或钻孔展布的多条直线型测线。进行电透视法数据采集时，需要沿工作面走向和倾向的多条测线配合同步进行数据采集，基本每条测线都各需要一台独立的电法仪器进行控制。特别是开展电法监测时，数据采集过程由软件自动控制，更加需要为每一条测线分别配置一台独立的电法仪器。因此，当测线增加时，开展电透视法探测和电法监测的设备使用成本会大大增加。为了在不增加设备使用成本的前提下获取更丰富的观测数据，迫切需要对现有的观测系统加以改进。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种煤矿工作面电法矩形观测系统及方法，以解决现有技术所存在的难以在不增加设备使用成本的前提下获取更丰富的观测数据的技术问题。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一方面，本专利技术提供一种煤矿工作面电法矩形观测系统，包括第一监测站、第二监测站、第一测线、第二测线和电法监测系统采集管理平台，其中，所述电法监测系统采集管理平台连接第一监测分站和第二监测分站；所述第一监测站连接第一测线，第二监测站连接第二测线；所述第一监测站、第二监测站均安装在工作面以外，接入井下电网和环网；所述第一测线和第二测线围成一矩形将工作面包围其内；所述第一测线和第二测线上均接入监测电极组。
[0006]进一步的，所述第一监测站和第二监测站采用结构相同的分站；每个所述分站包括微控制器、通讯模块、嵌入式中控模块、无穷远控制继电器、电法场源信号发射模块、开关矩阵模块和多功能数据采集模块；其中，所述微控制器连接电法监测系统采集管理平台和多功能采集模块，同时通过通讯模块连接嵌入式中控模块；嵌入式中控模块分别与无穷远控制继电器、电法场源信号发射模块、开关矩阵模块连接；开关矩阵模块还分别连接电法场源信号发射模块、多功能数据采集模块和监测电极组。
[0007]进一步的，所述电法场源信号发射模块包括升压DC
‑
DC模块、信号隔离器和全桥变换电路；其中，所述升压DC
‑
DC模块、信号隔离器分别连接全桥变换电路，信号隔离器连接嵌入式中控模块；所述全桥变换电路的输出端子A和输出端子B用于连接监测电极。
[0008]进一步的，所述多功能数据采集模块包括网络通讯模块、一级滤波放大模块、工频滤波模块、二级放大模块、光耦隔离模块和AD采集模块，其中，所述一级滤波放大模块的信号输入端作为多功能数据采集模块的信号输入端，其输入端子M和输入端子N用于连接监测电机组中被开关矩阵模块所选出的一个或两个接收电极，其输出端连接工频滤波模块的信号输入端；所述工频滤波模块的信号输出端连接二级放大模块的信号输入端；所述二级放大模块的信号输出端连接AD采集模块的信号输入端；所述微控制器通过光耦隔离模块分别连接一级滤波放大模块和二级放大模块的放大倍数控制引脚；所述微控制器还分别连接网络通讯模块及AD采集模块的控制端及数据输出端。
[0009]另一方面，本专利技术还提供了一种煤矿工作面电法观测方法，该方法基于上述本专利技术的煤矿工作面电法矩形观测系统，具体包括如下步骤：
[0010]步骤1：对监测电极进行编号：第一测线上的监测电极组中监测电极的编号i1＝1,2,
……
,N1；第二测线的监测电极组中监测电极编号i2＝N1+1,N1+2,
……
,N1+N2，其中，N1、N2分别为第一测线和第二测线上的监测电极数量；
[0011]步骤2：根据电法监测系统采集管理平台的控制指令，执行步骤3采集电剖面数据；执行步骤采集电透视数据；
[0012]步骤3：采集获得第一监测站和第二监测站的一组电剖面数据；
[0013]步骤4：采集获得第一监测站和第二监测站的一组电透视数据；
[0014]步骤5：第一监测站和第二监测站持续接收电法监测系统采集管理平台发送的采集指令，循环执行步骤3～步骤4，得到所需要的多组电剖面数据和电透视数据。
[0015]进一步的，所述步骤包括如下流程：
[0016]步骤31，第二监测站待机，第一监测站的控制器下发控制指令，嵌入式中控模块根据该控制指令操作无穷远控制继电器、电法场源信号发射模块和开关矩阵模块，对第一测线上的监测电极进行切换选出发射电极，具体从1号到N1号依次切换1个或2个；每次被选出的发射电极持续发射直流方波信号，在此次发射过程中，对第一测线上除当前的发射电极以外的监测电极进行切换选出接收电极，按照序号从前到后依次切换1个或2个，每次被选出的接收电极进行信号接收，接收到的信号均通过多功能数据采集模块进行处理采集；从而得到第一监测站采集的电剖面数据；
[0017]步骤32，第一监测站待机，第二监测站的控制器下发控制指令，嵌入式中控模块根据该控制指令操作无穷远控制继电器、电法场源信号发射模块和开关矩阵模块，对第二测线上的监测电极进行切换选出发射电极，具体从N1+1号开始向后到N1+N2号依次切换1个或2个；每次被选出的发射电极持续发射直流方波信号，在此次发射过程中，对第二测线上除发射电极以外的监测电极进行切换选出接收电极，具体按照序号从前到后依次切换1个或2个；每次被选出的接收电极进行信号接收，接收到的信号均通过多功能数据采集模块进行处理采集；从而得到第二监测站采集的电剖面数据。
[0018]进一步的，所述步骤4包括如下流程：
[0019]步骤41，第一监测站的控制器下发控制指令，嵌入式中控模块根据该控制指令操
作无穷远控制继电器、电法场源信号发射模块和开关矩阵模块，对第一监测站中第一测线上的监测电极进行切换选出发射电极，具体从1号到N1号依次切换1个或2个；每次被选出的发射电极持续发射伪随机多频信号，在此次发射过程中，第二监测站的控制器下发控制指令，嵌入式中控模块根据该控制指令操作无穷远控制继电器、电法场源信号发射模块和开关矩阵模块，对第二监测站中第二测线上的监测电极进行切换选出接收电极，具体按照序号从前到后依次切换1个或2个，每次被选出的接收电极进行信号接收，接收到的信本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿工作面电法矩形观测系统，其特征在于，包括第一监测站(1)、第二监测站(2)、第一测线(3)、第二测线(4)和电法监测系统采集管理平台(5)，其中，所述电法监测系统采集管理平台(5)连接第一监测分站(1)和第二监测分站(2)；所述第一监测站(1)连接第一测线(3)，第二监测站(2)连接第二测线(4)；所述第一监测站(1)、第二监测站(2)均安装在工作面以外，接入井下电网和环网；所述第一测线(3)和第二测线(4)围成一矩形将工作面包围其内；所述第一测线(3)和第二测线(4)上均接入监测电极组。2.如权利要求1所述的煤矿工作面电法矩形观测系统，其特征在于，所述第一监测站(1)和第二监测站(2)采用结构相同的分站；每个所述分站包括微控制器(6)、通讯模块(7)、嵌入式中控模块(8)、无穷远控制继电器(9)、电法场源信号发射模块(10)、开关矩阵模块(11)和多功能数据采集模块(12)；其中，所述微控制器(6)连接电法监测系统采集管理平台(5)和多功能采集模块(12)，同时通过通讯模块连接嵌入式中控模块(8)；嵌入式中控模块(8)分别与无穷远控制继电器(9)、电法场源信号发射模块(10)、开关矩阵模块(11)连接；开关矩阵模块(11)还分别连接电法场源信号发射模块(10)、多功能数据采集模块(12)和监测电极组。3.如权利要求1所述的煤矿工作面电法矩形观测系统，其特征在于，所述电法场源信号发射模块(10)包括升压DC
‑
DC模块(13)、信号隔离器(14)和全桥变换电路(15)；其中，所述升压DC
‑
DC模块(13)、信号隔离器(14)分别连接全桥变换电路(15)，信号隔离器(14)连接嵌入式中控模块(8)；所述全桥变换电路(15)的输出端子A和输出端子B用于连接监测电极。4.如权利要求1所述的煤矿工作面电法矩形观测系统，其特征在于，所述多功能数据采集模块(12)包括网络通讯模块(16)、一级滤波放大模块(17)、工频滤波模块(18)、二级放大模块(19)、光耦隔离模块(20)和AD采集模块(21)，其中，所述一级滤波放大模块(17)的信号输入端作为多功能数据采集模块(12)的信号输入端，其输入端子M和输入端子N用于连接监测电机组中被开关矩阵模块(11)所选出的一个或两个接收电极，其输出端连接工频滤波模块(18)的信号输入端；所述工频滤波模块(18)的信号输出端连接二级放大模块(19)的信号输入端；所述二级放大模块(19)的信号输出端连接AD采集模块(21)的信号输入端；所述微控制器(6)通过光耦隔离模块(20)分别连接一级滤波放大模块(17)和二级放大模块(19)的放大倍数控制引脚；所述微控制器(6)还分别连接网络通讯模块(16)及AD采集模块(21)的控制端及数据输出端。5.一种煤矿工作面电法观测方法，其特征在于，该方法基于权利要求1～7所述的煤矿工作面电法矩形观测系统，具体包括如下步骤：步骤1：对监测电极进行编号：第一测线(3)上的监测电极组中监测电极的编号i1＝1,2,
……
,N1；第二测线4的监测电极组中监测电极编号i2＝N1+1,N1+2,
……
,N1+N2，其中，N1、N2分别为第一测线(3)和第二测线(4)上的监测电极数量；步骤2：根据电法监测系统采集管理平台(5)的控制指令，执行步骤3采集电剖面数据；执行步骤4采集电透视数据；步骤3：采集获得第一监测站(1)和第二监测站(2)的一组电剖面数据；步骤4：采集获得第一监测站(1)和第二监测站(2)的一组电透视数据；步骤5：第一监测站(1)和第二监测站(2)持续接收电法监测系统采集管理平台(5)发送的采集指令，循环执行步骤3～步骤4，得到所需要的多组电剖面数据和电透视数据。
6.如权利要求5所述的煤矿工作面电法观测方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：王冰纯，鲁晶津，王云宏，李博凡，南汉晨，袁博，
申请(专利权)人：中煤科工西安研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：