[发明专利]矿山探测系统及其探测方法

说明书

本发明公开了一种矿山探测系统，包括信号发射器，其包括光纤激光器和超声机械震源器，光纤激光器的光栅波长为1550～1580nm，超声机械震源器的超声波频率为200～300KHz；固定装置；信号采集器，设于固定装置的一端，信号采集器包括多个间隔设置的光纤光栅传感器和超声波检波器，用于收集激光波信号和超声波信号；信号转化器，设于固定装置另一端，用于转换所有信号并发送给微处理器；微处理器，用于处理得到检测数据；终端装置，用于将检测得到的时频特征、功率谱能量分布进行比对分析并显示。本发明采用光纤光栅和超声技术作为信号传感装置，从而提高传感器灵敏度，使其不仅可快速准确识别地下不明采空区还可监测围岩失稳。

技术领域

本发明涉及矿山探测领域。更具体地说，本发明涉及一种不明采空区探测装置与方法。

背景技术

固体矿包括煤矿、金属矿、非金属矿等等。上个世纪末，我国矿业开采秩序较为混乱，非法无序的乱采滥挖在一些矿山及其周边留下了大量的采空区。一些厚大矿体金属矿山的独立空区体积达数万立方米至数十万立方米，不少矿山矿区相继从局部突然崩落发展到大范围的突然崩落并引起地表大范围的岩移。由于矿井的地下采空区具有隐伏性强、空间分布特征规律性差、采空区顶板冒落塌陷情况难以预测等特点，采空区引起的煤矿灾害屡屡发生。因此，勘查地下采空区的分布范围、空间形态特征，及时为矿区施工开采提供安全信息,确保生产过程中人员和设备的安全，必须通过监控量测实现信息化监测。通过超前预报和监控量测可以帮助掌握围岩地压发展动态，对施工有影响的顶板冒顶、巷道片帮地压活动等情况，提前报警，以便安全施工。其次，对巷道施工存在安全隐患的段，及时变更设计和施工方案。最后，可准确探测煤矿采空区水文地质条件，一些地区采空区强富水性严重威胁着煤矿的安全生产，为了及时查清采空区或工作面前方采空积水情况，保证煤矿安全生产。

当前，矿山探测系统常用于识别矿井的地下采空区和岩溶。传近年来，对围岩地质变形和稳定的监测越来越受到重视，同时由于某些井工煤矿地层中的砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩、煤的电阻率变化较大，造成传统探测精度不高，并且传统的直流电探测方法的探测有效范围较小，需要多次探测，劳动量较大。同时，传统矿井空区测量均属于有限离散点测量范畴，其测量范围小，难以实现区域性观测；测量耗费时间长，实时响应差，且均通过为数不多的测点来拟合检测对象的连续形变，难以观测到巷道的非连续性变形、突发性变形以及破坏的初始位置。因此，发明一种同时识别地下采空区和预警围岩失稳的矿山探测系统尤为重要。

发明内容

本发明的一个目的是解决上述问题，并提供后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种矿山探测系统，克服了现有技术中传统矿井空区测量仪测量范围小，仅能识别地下采空区和岩溶，而难以判断巷道变形和进行围岩稳定性监测的问题，提供一种同时识别地下采空区和预警围岩失稳的矿山探测系统，矿山探测系统同时采用光纤光栅和超声技术作为信号传感装置，从而提高光纤光栅传感器的灵敏度，使其不仅可快速准确识别地下不明采空区还可监测围岩失稳。

本发明提供一种矿山探测系统，所述矿山探测系统包括：

信号发射器，其包括光纤激光器和超声机械震源器，其中，所述光纤激光器的光栅波长为1550～1580nm，所述超声机械震源器的超声波频率为200～300KHz；

固定装置，其用于固定与所述信号发射器连接的信号采集器；

信号采集器，其设于所述固定装置的一端，所述信号采集器包括多个间隔设置的光纤光栅传感器和超声波检波器，其用于收集所述信号发射器的所有激光波信号和超声波信号；

信号转化器，其设于所述固定装置的另一端，其用于转换所有激光波长信号和超声波长信号并发送给微处理器；

微处理器，其用于接收并处理信号转化器传输的数据得到检测数据；

终端装置，其用于将激光波信号与超声波信号分别检测得到的时频特征、功率谱能量分布的检测数据进行比对分析并显示。