一种用于尾矿库的微震信号采集分析系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于尾矿库的微震信号采集分析系统，包括：波导杆、光纤加速度传感器、数据采集仪、信号分析单元和供电设备；波导杆置于尾矿坝监测点位置，用于传导尾矿坝中松散体内部的微震波；光纤加速度传感器用于感应通过波导杆传输的尾矿库的震动信号；数据采集仪用于在光纤加速度传感器感应到震动信号时采集震动信号；信号分析单元用于对采集的震动信号进行微震事件分析，获取分析结果；供电设备用于为微震信号采集分析系统供电，保障系统正常运行。光纤加速度传感器具有高灵敏、宽频响、动态范围大等诸多优点和前端无电本质安全的独特优势，避免了传统微震监测设备检测精度低、易受电磁干扰问题，提高了尾矿库微震信号监测的准确性。监测的准确性。监测的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于尾矿库的微震信号采集分析系统


[0001]本专利技术涉及尾矿库安全
，尤其涉及一种用于尾矿库的微震信号采集分析系统。

技术介绍

[0002]尾矿库是指筑坝拦截谷口或围地构成的，用以堆存金属或非金属矿山进行矿石选别后排出尾矿或其他工业废渣的场所。尾矿库是维持矿山的正常生产的重要组成，同时，它也是金属、非金属矿山的重大危险源和环境污染源。尾矿坝一旦垮塌，不仅使国家受到经济损失，更危及作业人员和下游地区居民的生命财产安全，并且尾矿库中的有害化学物质将污染周围地下水和江河流域，造成严重的环境破坏。
[0003]微震监测技术是把传感器布置在监测区域内，采集尾矿或坝体因受外荷载作用而产生微破裂释放出弹性波的信号，再通过对信号的分析定位来评价结构的安全性，并可实现对微震(微破裂)事件的全天候实时监测。但在尾矿坝的监测中，弹性波传播的媒介主要为尾砂堆坝(松散体)，因此使弹性波在传播过程中衰减速度加快，传感器得到的信号难以真实反映尾矿库坝的破坏情况。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种用于尾矿库的微震信号采集分析系统，以解决现有技术中存在的上述问题。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种用于尾矿库的微震信号采集分析系统，包括：波导杆、光纤加速度传感器、数据采集仪、信号分析单元和供电设备；
[0007]波导杆置于尾矿坝监测点位置，用于传导尾矿坝中松散体内部的微震波；
[0008]光纤加速度传感器用于感应通过波导杆传输的尾矿库的震动信号；
[0009]数据采集仪用于在光纤加速度传感器感应到震动信号时采集震动信号；
[0010]信号分析单元用于对采集的震动信号进行微震事件分析，获取分析结果；
[0011]供电设备用于为微震信号采集分析系统供电，保障系统正常运行。
[0012]其中，所述光纤加速度传感器包括：光纤光源、微震探头、传输光缆；
[0013]光纤加速度传感器选用的频带范围值为20HZ
‑
10KHZ；
[0014]光纤光源采用低噪声窄线宽光纤激光器，微震探头采用不锈钢材质圆筒封装和钢丝铠装野战光缆作为跳线尾纤，跳线尾纤利用密封螺母与探头主体相连并进行密封处理；
[0015]传输光缆用于连接光纤加速度传感器与数据采集仪，传输光缆选用低烟无卤阻燃的MGTSV矿用钢丝铠装中心管式光缆。
[0016]其中，所述数据采集仪包括：授时模块；
[0017]所述授时模块用于对采集的震动信号数据进行授时处理；
[0018]授时模块与信号分析单元进行连接，通过授时模块将采集到的震动信号数据进行
授权后，将授权后的震动信号数据传输至信号分析单元。
[0019]其中，所述信号分析单元包括：信号处理器、数据库、显示终端；
[0020]所述信号处理器用于对微震信号进行傅里叶分析，根据振动信号频率的不同识别对应的信号，对应的信号包括敲击、溃坝预警、传感器失效；
[0021]所述数据库用于存储数据采集仪采集的震动信号数据以及信号处理器对震动信号数据的分析结果；
[0022]所述显示终端用于显示采集的震动信号数据以及信号处理器的分析结果。
[0023]其中，所述供电设备包括：蓄电池和市电供电；
[0024]数据采集仪采用蓄电池方式供电，当数据采集仪长时间监测采集震动信号数据时，将220V市电经开关电源转换后连接到蓄电池上，当蓄电池供电电压低于10.5V时，通过220V市电对蓄电池进行充电；
[0025]信号处理器采用220V市电供电。
[0026]其中，波导杆包括：圆杆和凸台；
[0027]波导杆的主体是直径为18mm、长度不超过0.5m的等直径圆杆；
[0028]波导杆的一端带有凸台，凸台用于波导杆与光纤加速度传感器连接，带凸台波导杆一端通过与光纤加速度传感器的预紧机构连接使传光纤加速度感器与凸台进行耦合。
[0029]其中，波导杆水平埋设在尾矿坝边坡表层下方，竖直埋设在坝顶；
[0030]当尾矿坝产生微震信号时，微震信号将通过波导杆进行传播，由光纤加速度传感器接收震动信号。
[0031]其中，监测点设置于尾矿坝边坡的上部、中上部以及坝顶，通过微震信号采集分析系统对监测点进行监测，监测点将根据尾矿坝的长度进行对应的布置和选择，其中，波导杆置于对应的监测点处。
[0032]其中，基于数据库中存储的数据，构建神经网络模型，通过神经网络模型对当前采集的微震信号进行分析及预警；
[0033]在构建神经网络模型过程中，将数据库中存储的数据划分为训练集和测试集两部分；构建神经网络，设置参数；初始化神经网络权值和阈值；初始化万有引力搜索算法的参数，并设置遗传算法参数；将神经网络训练得到的误差作为适应度值；计算粒子的适应度并进行升序排列，适应度低的粒子进行遗传选择和交叉操作；进行子代位置的计算和交叉，并计算适应度，更新父代和子代；计算杂交变异后粒子的适应度值及更进行更新；若满足条件，则输出最优权值和阈值，反之，则重新计算粒子的适应度并进行升序排列；计算误差，更新权值和阈值；若不满足条件，则返回重新计算误差，更新权值和阈值，若满足条件，则进行BP神经网络预测，输出结果，程序结束。
[0034]其中，基于数据库中对尾矿库事故统计分析数据建立预警体系，在建立预警体系过程中，构建分级预警阈值模型；
[0035]构建分级预警阈值模型包括：调取数据库正常运行的尾矿库各个监测点的监测数据，对监测数据进行小波去噪，经过计算获取尾矿库各个监测点的监测数据；将监测数据导入matlab软件，采用多步逆向云模型计算特征值；根据特征值进行正向云变换获取各个监测点的运行值，根据对应的运行值判断尾矿库是否正常运行；
[0036]其中，预警体系包括黄、橙、红各级预警，根据典型运行值获取各级预警指标，根据
预警指标对当前尾矿库进行判断。
[0037]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0038]一种用于尾矿库的微震信号采集分析系统，包括：波导杆、光纤加速度传感器、数据采集仪、信号分析单元和供电设备；波导杆置于尾矿坝监测点位置，用于传导尾矿坝中松散体内部的微震波；光纤加速度传感器用于感应通过波导杆传输的尾矿库的震动信号；数据采集仪用于在光纤加速度传感器感应到震动信号时采集震动信号；信号分析单元用于对采集的震动信号进行微震事件分析，获取分析结果；供电设备用于为微震信号采集分析系统供电，保障系统正常运行。光纤加速度传感器在感应震动信号时，具有高灵敏、宽频响、动态范围大等诸多优点和前端无电本质安全的独特优势，避免了传统电学微震监测设备检测精度低、易受电磁干扰问题，提高了尾矿库微震信号监测的准确性。
[0039]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于尾矿库的微震信号采集分析系统，其特征在于，包括：波导杆、光纤加速度传感器、数据采集仪、信号分析单元和供电设备；波导杆置于尾矿坝监测点位置，用于传导尾矿坝中松散体内部的微震波；光纤加速度传感器用于感应通过波导杆传输的尾矿库的震动信号；数据采集仪用于在光纤加速度传感器感应到震动信号时采集震动信号；信号分析单元用于对采集的震动信号进行微震事件分析，获取分析结果；供电设备用于为微震信号采集分析系统供电，保障系统正常运行。2.根据权利要求1所述的一种用于尾矿库的微震信号采集分析系统，其特征在于，所述光纤加速度传感器包括：光纤光源、微震探头、传输光缆；光纤加速度传感器选用的频带范围值为20HZ
‑
10KHZ；光纤光源采用低噪声窄线宽光纤激光器，微震探头采用不锈钢材质圆筒封装和钢丝铠装野战光缆作为跳线尾纤，跳线尾纤利用密封螺母与探头主体相连并进行密封处理；传输光缆用于连接光纤加速度传感器与数据采集仪，传输光缆选用低烟无卤阻燃的MGTSV矿用钢丝铠装中心管式光缆。3.根据权利要求1所述的一种用于尾矿库的微震信号采集分析系统，其特征在于，所述数据采集仪包括：授时模块；所述授时模块用于对采集的震动信号数据进行授时处理；授时模块与信号分析单元进行连接，通过授时模块将采集到的震动信号数据进行授权后，将授权后的震动信号数据传输至信号分析单元。4.根据权利要求1所述的一种用于尾矿库的微震信号采集分析系统，其特征在于，所述信号分析单元包括：信号处理器、数据库、显示终端；所述信号处理器用于对微震信号进行傅里叶分析，根据振动信号频率的不同识别对应的信号，对应的信号包括敲击、溃坝预警、传感器失效；所述数据库用于存储数据采集仪采集的震动信号数据以及信号处理器对震动信号数据的分析结果；所述显示终端用于显示采集的震动信号数据以及信号处理器的分析结果。5.根据权利要求1所述的一种用于尾矿库的微震信号采集分析系统，其特征在于，所述供电设备包括：蓄电池和市电供电；数据采集仪采用蓄电池方式供电，当数据采集仪长时间监测采集震动信号数据时，将220V市电经开关电源转换后连接到蓄电池上，当蓄电池供电电压低于10.5V时，通过220V市电对蓄电池进行充电；信号处理器采用220V市电供电。6.根据权利要求1所述的一种用于尾矿库的微震信号采集分析系统，其特征在于，波导杆包括：圆杆和凸台；波导...

【专利技术属性】
技术研发人员：周福宝，付士根，褚衍玉，苏贺涛，李振涛，陈友良，魏杰，
申请(专利权)人：中国安全生产科学研究院，
类型：发明
国别省市：