一种深井软煤冲击地压灾害监测预警系统及其预警方法与流程

本发明属于矿井灾害预警技术领域，尤其涉及一种深井软煤冲击地压灾害监测预警系统及其预警方法。

背景技术：

按照人们的通常认识，软煤是一种煤质软、易形变、低弹模量、无冲击性煤体，根本不具备发生冲击地压的煤岩强度条件，因而不会发生冲击地压。然而随着矿井开采深度和强度的不断增大，冲击地压由为硬煤专有逐渐演化为软、硬煤共享的局面。软煤冲击地压灾害隐蔽性较强，较硬煤更具有危险性。冲击地压灾害的监测预警是有效防治方法之一，目前用于矿山冲击地压灾害监测预警的方法主要有钻屑法、应力监测法、震动监测法、电磁辐射法等。

这些预警方法和装备，对矿山冲击地压灾害监测、预警起到了良好的效果，但主要侧重于硬煤冲击地压灾害监测方面，在软煤冲击地压灾害监测预警方面存在明显不足，钻屑法、电磁辐射法和震动监测法在软煤冲击地压监测中不是监测不到、误差较大，就是受干扰较大。应力监测法虽然能够监测到存在冲击危险的大致区域，但准确度较差。

技术实现要素：

本发明提供一种深井软煤冲击地压灾害监测预警系统及其预警方法，旨在解决现有技术中在软煤冲击地压灾害监测预警方面存在明显不足、误差较大和准确度较差的问题。

本发明是这样实现的，一种深井软煤冲击地压灾害监测预警系统及其预警方法，包括数据监测模块和数据处理模块；

所述数据监测模块包括应力传感器和位移传感器，所述应力传感器用于检测钻孔的压力值，所述位移传感器用于检测巷道壁的变形时产生的位移值；

所述数据处理模块包括井下监测主机、地面监测主机和数据处理主机，所述应力传感器和所述位移传感器的输出端均连接所述井下监测主机的输入端，所述井下监测主机用于接收所述应力传感器检测的压力值和所述位移传感器检测的位移值，所述地面监测主机的输入端连接所述井下监测主机的输出端，所述井下监测主机将所述压力值和所述位移值传输到所述地面监测主机并通过所述地面监测主机存储，所述地面监测主机的输出端连接所述数据处理主机。

本发明还提供优选的，数据监测模块还包括接线盒，所述接线盒电连接所述应力传感器、位移传感器和所述井下监测主机。

本发明还提供优选的，所述数据处理模块还包括电池，所述电池用于向井下监测主机、应力传感器和位移传感器提供电力来源。

本发明还提供优选的，所述应力传感器包括钻孔应力计和压力变送器，所述钻孔应力计用于检测钻孔的压力，压力变送器用于将钻孔应力计的压力值转化成电信号。

本发明还提供优选的，所述位移传感器包括位移计和变送器，所述位移计包括缸筒、钢丝和活塞，所述活塞位于缸筒内且活动连接缸筒，所述活塞的一端连接钢丝的一端，所述缸筒连通一个用于检测所述缸筒内气压变化的压力传感器，所述压力传感器将检测的压力变化值并传输到所述变送器，所述变送器将所述压力变化值转化为相应的所述位移值的电信号。

本发明还提供优选的，所述缸筒内容置有惰性气体。

本发明还提供优选的，所述井下监测主机连接一个光电转换系统，所述光电转换系统通过光缆连接所述地面监测主机，所述光电转换系统用于将数字信号形式的压力值信息和位移值信息转换为光信号。

本发明还提供一种深井软煤冲击地压灾害监测预警方法，其适用于上述任意一种深井软煤冲击地压灾害监测预警系统，包括以下步骤：

1)检测钻孔压力值，设置分别为第一绿色预警、第一黄色预警和第一红色的三个应力预警信号和分别为第一预警压力值和第二预警压力值的两个个预设的预警压力值，当所述压力值位不小于所述第一预警压力值时，检测巷道壁的变形时产生的位移值；

2)设置分别为第二绿色预警、第二黄色预警和第二红色预警的三个位移预警信号和分别为第一预警压力值和第二预警压力值的两个预设的预警压力值，当巷道壁的变形时产生的位移值小于所述第一预警位移值时，发布第二绿色预警，当所述位移值不小于所述第一预警位移值并小于所述第二预警位移值时，发布第二黄色预警，当所述位移值不小于所述第二预警位移值时发布第二红色预警。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过设置用于检测钻孔的压力值的应力传感器和用于检测巷道壁的变形时产生的位移值的位移传感器，还通设置分别为第一绿色预警、第一黄色预警和第一红色的三个应力预警信号和分别为第一预警压力值和第二预警压力值的两个个预设的预警压力值，以及分别为第二绿色预警、第二黄色预警和第二红色预警的三个位移预警信号和分别为第一预警压力值和第二预警压力值的两个预设的预警压力值，应力预警指标根据位移值发布相应应力预警，当应力预警为第一黄色预警和第一红色预警时，然后根据位移值和位移预警指标发布相应位移预警并作为最终预警信号，从而本发明能够根据钻孔压力值和巷道的变形情况综合数据进行预警发布，准确度更高。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的位移传感器的结构示意图。

图3为本发明的深井软煤冲击地压灾害监测预警方法的流程图

图中：1-数据监测模块、11-应力传感器、12-位移传感器、121-变送器、122-缸筒、123-钢丝、124-活塞、13-接线盒、2-数据处理模块、21-井下监测主机、22-地面监测主机、23-数据处理主机、24-电池。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1-2，本实施例提供一种技术方案：一种深井软煤冲击地压灾害监测预警系统，包括数据监测模块1和数据处理模块2。

数据监测模块1包括应力传感器11、位移传感器12和接线盒13，应力传感器11用于检测钻孔的压力值，位移传感器12用于检测巷道壁的变形时产生的位移值，巷道变形主要为巷帮向巷道内产生的水平位移，接线盒13电连接应力传感器11、位移传感器12和井下监测主机21。

应力传感器11包括钻孔应力计和压力变送器，钻孔应力计用于检测钻孔的压力，压力变送器用于将钻孔应力计的压力值转化成电信号，位移传感器12包括位移计和变送器121，位移计包括缸筒122、钢丝123和活塞124，活塞124位于缸筒122内且活动连接缸筒122，活塞124的一端连接钢丝123的一端，缸筒122连通一个用于检测缸筒122内气压变化的压力传感器，压力传感器将检测的压力变化值并传输到变送器121，变送器121将压力变化值转化为相应的位移值的电信号，缸筒122内容置有惰性气体。

数据监测模块1设置有多个，钻孔应力计安设在深部相对稳定的软岩中，压力变送器与钻孔应力计连接置于巷道壁上，并且应力传感器11通过电缆连接井下监测主机21。巷道产生变形后，带动不锈钢丝123向外拉动活塞124导致缸筒122内惰性高压气体体积增大，气压降低，气压变化被外接变送器121捕捉到，变送器采用压力变送器，将位移信号转化为电信号，位移传感器12通过电缆与井下监测主机21连接。

数据处理模块2包括井下监测主机21、地面监测主机22、数据处理主机23和电池24，应力传感器11和位移传感器12的输出端均连接井下监测主机21的输入端，井下监测主机21用于接收应力传感器11检测的压力值和位移传感器12检测的位移值，地面监测主机22的输入端连接井下监测主机21的输出端，井下监测主机21将压力值和位移值传输到地面监测主机22并通过地面监测主机22存储，地面监测主机22的输出端连接数据处理主机23，为了实现监测系统24小时不间断持续运行，井下监测系统必须配备必要的供电电池24，以在监测系统断电时能够立即给系统供电，维持系统正常运转，电池24用于向井下监测主机21、应力传感器11和位移传感器12提供电力来源。

井下监测主机21连接一个光电转换系统，光电转换系统通过光缆连接地面监测主机22，光电转换系统用于将数字信号形式的压力值信息和位移值信息转换为光信号。深井软煤冲击地压灾害监测预警系统具有远程监控和操作的特点，因此信号传输距离较大。采用电信号传输模式，电信号在长距离传输过程中衰减较大，因此采用光缆传输技术，其中关键的部件是光电转换系统，光电转换系统将数字信号转换为光信号以实现长距离无衰减传输。

井下监测主机21可实时在线监测危险区域软岩应力和巷道变形情况，把采集到的模拟信号转化为数字数据、并存储和传输给地面监测主机22。其内部的主要部件有工业固定板、cpu板卡、采集卡、硬盘和i/v转化板等。所有部件置于密闭且具有防爆功能的箱体内。井上监测主机22主要负责井下传输上来的数据存储任务，以为地面数据处理提供支持，如分析数据形成报表、编写分析报告。数据处理主机23作为远程控制系统，主要负责系统监测参数的更改、远程操控、数据分析等。

综上所述，本发明能够同步监测应力和巷道变形两个敏感指标，对软煤。岩冲击危险性进行预警预报。首先于布置监测点区域分别采集应力、巷道变形监测数据，从中筛选出应力集中程度较大区域，然后再结合巷道变形数据采用相关算法进行综合计算，最后给出监测区域冲击地压危险情况，分为绿色、黄色和红色三个预警级别。

本发明的监测预警系统具有如下特点：一次性监测覆盖范围大，应力和位移监测点数达到30个以上，且能够随地下工程的推进方便移动。最大采集通道数，不小于40个通道，可根据实际情况拓展。能够实现24小时不间断监测。数据实时传输、自动处理和显示危险状态(危险位置和时间)，能够检验消除岩爆措施的实施效果。压力传感器量程0～60mpa，精度0.01mpa。位移传感器量程0～6m，精度0.001m。所有电路采用本安设计，所有井下组件达到防爆标准。井上下数据传输距离较大，不小于10km，并可链接到网络，实时远程监控。采用光电转换技术，基于矿井网络信息系统进行通讯。采样速率可调，不低于250ks/s。数据采集时间间隔为1s～10min可调。能够远程监控和实现软件操作。适应环境温度为0℃～+40℃，平均相对湿度<95％(+25℃)，大气压力为85kpa～110kpa。

然后按照如下步骤制备上述营养液，请参阅图3：

1)检测钻孔压力值，通过数据处理主机23设置分别为第一绿色预警、第一黄色预警和第一红色的三个应力预警信号和分别为第一预警压力值和第二预警压力值的两个个预设的预警压力值，当压力值位不小于第一预警压力值时，检测巷道壁的变形时产生的位移值；

2)通过数据处理主机23设置分别为第二绿色预警、第二黄色预警和第二红色预警的三个位移预警信号和分别为第一预警压力值和第二预警压力值的两个预设的预警压力值，当巷道壁的变形时产生的位移值小于第一预警位移值时，发布第二绿色预警，当位移值不小于第一预警位移值并小于第二预警位移值时，发布第二黄色预警，当位移值不小于第二预警位移值时发布第二红色预警，并本步骤发布的预警信号为用于向相关人员提供事故预警的最终预警信号。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。