[实用新型]一种便携式矿山动力灾害监测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及矿山安全监测设备技术领域，具体地说是一种便携式矿山动力灾害监测装置。

背景技术

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，发明专利“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。

实用新型专利“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。

发明专利“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。

实用新型专利“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。

实用新型专利“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。

发明内容