煤岩动力灾害声电监测系统安装方案-通化20121204

煤岩动力灾害声电监测系统建议及方案通化矿业（集团）有限责任公司一通三防部徐州福安科技有限公司中国矿业大学2012年12月4日1、立项背景及依据通化矿业（集团）有限责任公司松树、道清、八宝和大湖等煤矿具有煤与瓦斯突出危险性。道清、松树和八宝等煤矿采深较大，压力较高，有的煤层顶板较坚硬且比较厚，也有发生冲击地压的可能性。突出和冲击都是突发性的动力灾害，具有很大的随机性和偶然性，当然其发生也具有比较强的规律性。通矿集团目前采用电磁辐射仪监测煤与瓦斯突出等动力灾害危险性，采用KJ系统软件查看监测数据，从前期的使用情况来看，突出前和每一次动力显现（瓦斯喷出、钻孔喷孔等）前电磁辐射均有异常显现，表明电磁辐射监测预警煤岩动力灾害是完全可行的。但这些重要的异常显现无法被KJ系统软件及时发现和预警，KJ系统软件不完全适合于监测预警煤的瓦斯突出等动力灾害：KJ系统软件无法对突出或冲击监测数据进行深化统计分析、时间尺度分析和长时间的趋势分析，也无法对有效信号和干扰信号进行处理和识别，无法对传感器故障或数据异常进行及时提示，无法自动预警煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害危险性。因此，目前电磁辐射和瓦斯监测预警煤与瓦斯突出等动力灾害的数据处理跟不上，数据利用率低，故障和异常无法得到及时提示，数据处理和预警的自动化程度低，没有充分发挥系统的作用。2、系统简介公司与中国矿业大学合作，根据对煤岩动力灾害电磁辐射、声发射等的最新研究成果，冲击地压、煤与瓦斯突出和矿压等的特点、规律及矿山煤岩动力灾害监测预警技术需求，开发了系列化的煤岩动力灾害声电监测预警系列装备。其中的电磁辐射法预测煤岩动力灾害技术及装备已获得4项国家发明专利和3项实用新型专利，部分成果曾获国家科技进步二等奖、中国煤炭工业科技进步一等奖和中国高校科技进步二等奖等；2002年被科技部批准为《国家科技成果重点推广计划》项目，2004、2006和2010年被国家安全生产监督管理局列入《国家安全生产科技成果重点推广目录》；通过了国家安全生产监督管理总局和江苏省科学技术委员会组织的专家鉴定，鉴定专家认为：项目在基础研究、仪器研制及技术应用等方面具有明显的特点和创新性，达到了国际领先水平，在运用电磁辐射原理预测煤岩动力灾害准确率方面达到了国际领先水平。KBD7煤岩动力灾害声电监测系统是针对目前煤与瓦斯突出和冲击地压监测预警存在的发生时间和空间随意性较大、监测数据不连续、数据利用率低、数据处理工作量大及处理工作滞后、受干扰严重、对技术人员要求高、自动化程度低等问题开发而成的，在数据处理和预警技术中充分考虑了干扰信号的特征及冲击地压的时-空演化特征规律，对有效信号和干扰信号的识别率高，数据自动处理和预警能力强，准确率和可靠性高。通过安装该系统及软件，能够解决目前存在的主要问题。可应用于冲击地压、煤与瓦斯突出监测预警，突水监测预警，矿压观测，采动影响监测、顶板断裂和来压监测，特别适合于工作面及巷道等中尺度及局部监测预警。该声电监测系统由硬件与软件两部分组成。硬件部分包括：（1）KBD7煤岩动力灾害非接触电磁监测仪；（2）GDD12煤岩动力灾害声电传感器（主要可监测声发射、微、次声波等声波信号）；（3）通用分站；（4）本安不间断电源；（5）中心机；（6）终端计算机等。交换机和环网可利用煤矿已有的;监测分站和电源可选用与煤矿现用同型号的。软件部分包括：软件系统有转发软件、服务器软件、数据深度分析及自动预警软件和用户终端软件，能实现电磁强度、电磁脉冲、声波强度、声波频数及各种常规监测数据及曲线实时显示，历史数据及统计指标查询，有效信号与干扰信号分析，进行趋势变化分析、分布规律分析、区域变化统计分析等，实时自动预警及报表等功能。3、工作原理煤岩材料在受载方式下发生变形、断裂或破裂时会产生电磁辐射、超低频电磁感应、超声波、声发射、次声波或微地震等声电信号。研究成果表明，电磁辐射和声发射等声电技术对矿山压力、采动活动、裂隙演化等有明显的响应，声电信号的变化能够反映矿井冲击地压和煤与瓦斯突出的主要影响因素及其耦合作用，应力及加载速率越大，变形及破裂越强烈，声电信号越强；流体流动速度越快，声电信号越强。通过多点、多区域、实时监测煤岩变形破裂的电磁辐射和声波等信号，可实时反映采掘空间不同区域煤岩体的受载程度、变形破裂信息，进而反映煤岩体出现异常或危险的空间区域性和时间变化规律；根据其区域性和动态变化趋势可对冲击地压、煤与瓦斯突出和突水等煤岩动力灾害进行有效预警提示。4、系统特点（1）监测系统有广泛的兼容性，可对电磁辐射、声发射、超低频和微震动等传感器及信号进行监测；（2）监测方式为在线式实时监测；（3）传感器安装简便快捷，电磁辐射和超低频传感器可直接悬挂测试，声发射和微震传感器可直接安装在锚杆上，均大幅度降低了操作时间、工人的劳动强度及预测费用；（4）有效监测范围：根据传感器种类及灵敏度不同，电磁辐射传感器一般为7~22m，最大监测范围50m，声发射传感器监测范围10m~100m，超低频传感器监测范围7m~100m，微震传感器监测范围10m~5km；（5）监测数据处理：实时数据和曲线显示、数据自动处理（监测数据随时间变化规律自动分析、长时间趋势分析、空间分布规律自动分析、区域性变化规律自动分析、指标自动计算等）、干扰自动排除等；（6）预警方法：临界值法和时－空动态趋势法相结合，自动分级预警或提示危险性；故障或异常自动提示；（7）防爆程度：取得防爆及MA认证等。5、应用情况监测系统在七台河煤业集团公司、鹤岗矿业集团、北京昊华集团、义马煤业集团等集团公司和煤矿用于监测预报冲击地压；在焦作、淮南、平顶山等矿业集团和煤矿用于监测预报煤与瓦斯突出。该声电监测系统与常规监测手段相比，不受人工操作和工作面含瓦斯煤岩体分布不均匀的影响，对生产影响小，能够实时跟踪监测工作面预测区域内煤岩体的受载、变形破坏信息及动力灾害危险性，采用临界值法和时-空动态趋势法对危险性进行自动判定，大幅度提高了预测的准确性和可靠性，为安全生产提供了有力的保障，应用取得了显著的社会效益和经济效益。6、服务方式：提供系统，技术服务（1）煤岩动力灾害声电监测软件系统可与KJ煤矿安全监测系统联网运行，包含转发软件、服务器软件、数据深度分析及自动预警软件和用户终端软件；能够对与冲击地压及瓦斯突出相关的各种监测指标进行实时监测和深度分析，能够根据冲击地压及瓦斯突出的时－空演化特点和规律进行自动预警提示，大幅度提高了监测系统的抗干扰能力，提高了煤与瓦斯突出和冲击地压监测预警的自动化程度和可靠性。实时监测主界面电磁强度变化图电磁强度分布图电磁强度历史变化图声波强度变化图声波强度分布图声波强度统计图实时传感器预警窗口电磁强度区域变化图声波强度区域变化图（2）煤岩动力灾害声电监测系统硬件提供的系统硬件主要包括KBD7非接触煤岩动力灾害电磁辐射监测仪、GDD12煤岩动力灾害声电传感器、矿用电缆、通用分站、本安不间断电源等，其中矿用电缆可采用MHYV型电缆，通用分站和本安不间断电源可采用应用矿井现用的监测分站和电源（本公司的上述产品与绝大多数监测系统已经联检认证）。KBD7非接触煤岩动力灾害电磁辐射监测仪采用高灵敏度宽频带电磁辐射天线进行非接触式定向监测，监测的电磁辐射信号频带宽度为1kHz~500kHz，可与KJ煤矿安全监测系统的分站连接，连续监测某一重点区域煤岩体变形破裂过程中的电磁辐射信号及其变化规律，实时反映煤岩动力灾害演化过程及危险程度，并利用声电监测软件系统进行实时预警。GDD12煤岩动力灾害声电传感器可选配声发射传感器、微震传感器进行接触式区域监测，选配超低频电磁传感器进行非接触式区域监测，监测的声发射信号频宽为1kHz~5.5kHz，微震信号频宽为0.5Hz~1kHz，超低频信号频宽为30Hz~1kHz，通过与KJ煤矿安全监测系统的分站连接，对采掘工作面及巷道某一区域有效监测范围内的声发射、微震动或超低频电磁信号特征及动力灾害危险性进行实时监测预警。7、通矿集团安装方案通矿集团已实现KJ监测系统的联网，在通矿集团公司监控中心可对各矿各种指标进行监测。（1）在通矿集团公司监控中心安装服务器，安装我公司的煤岩动力灾害声电监测系统服务器软件。KBD7非接触煤岩动力灾害电磁辐射监测仪GDD12煤岩动力灾害声电传感器（2）与集团公司监控软件服务提供商签定协议，商定数据接口协议；我方服务器运用转发软件从集团公司监测中心计算机上实时读取各矿的电磁辐射和瓦斯等监测数据，由服务器软件进行自动处理和分析。（3）在集团公司调度室、一通三防部、生产技术部、各矿调度室（监控室）、防突科、通风科、技术科及相关领导（总工、副总工）、技术人员办公室计算机中安装终端软件，实时显示监测数据及曲线，自动进行故障和异常提示，自动进行危险性预警提示，也可查询各种历史监测数据、统计和分析图表，进行不同条件的统计分析和趋势分析，制作报表等。（4）系统包括：硬件部分：HP高性能服务器1台，UPS电源1台，商用计算机9台（每矿调度室及防突科各1台专用计算机，集团公司调度室和通防部各1台专用计算机），KBD7电磁辐射监测仪12台（另送2台KBD7电磁辐射仪和4台GDD12声电监测传感器，所有监测仪或传感器各带500米专用屏蔽电缆）。软件部分：转发软件，安装在发送计算机上；数据管理和处理服务器软件、响应终端服务器软件，安装在专用服务器上；用户终端软件，若干，安装在各终端计算机上。（5）系统功能及要求：A、监测矿井：先期管理松树矿、道清矿、八宝矿和大湖矿，预留其它矿接口。B、监测灾害或危险性：监测工作面或区域的煤与瓦斯突出、冲击地压、压出、顶板活动等。C、监测指标：各矿安装的电磁辐射仪和声发射传感器，可联合监测分析瓦斯等传感器数据；也可单独监测分析各掘进和回采工作面主要瓦斯传感器数据（估计工作面100个左右，瓦斯传感器200个左右），并可根据趋势法和临界值法进行灾害危险性预警。D、功能：设置，实时监测各指标，实时数据及图表显示，数据存储与管理，自动分析各指标，危险性自动预警提示（瓦斯单独报警，单独预警、耦合预警和联合预警），故障状态自动提示，数据异常自动提示，提示响应（不响应持续提示或报警），历史数据查询，报表，短信通知或提示，帮助等。E、通信网络：内网或外网，专用IP地址。（6）服务包括：系统安装，培训，监测指标临界值及动态预警指标初步确定与设置，技术支持。8、费用（1）服务器、UPS电源、计算机等硬件和转发软件、数据管理和处理服务器软件、响应终端服务器软件、用户终端软件等软件，包括软件扩展、新增功能、技术服务及与第三方接口，合计100万元/集团公司。（2）KBD7电磁辐射仪，15万元/台，共安装3台*4矿=12台，送2台KBD7电磁辐射仪和4台声电监测传感器，共计18台，含500米专用屏蔽电缆，共计180万元。应用案例：案例1:监测周期来压某矿监测周期来压案例，从图中能够观察出周期来压前电磁辐射逐渐增大的变化趋势。案例2:监测采空区顶板垮落某矿监测采空区顶板垮落，从图中可以看出顶板跨落前，声波信号逐渐增多，3月3日顶板完全垮落后，声波强度显著减小，反映声波信号对顶板裂隙演化有明显响应。案例3:监测预警冲击地压某矿监测预警3223综采工作面冲击地压，图为冲击前电磁辐射监测仪提前预警，直至冲击发生。案例4:监测预警冲击地压某矿电磁辐射系统监测预警综采工作面冲击地压，图为11月3日强冲击前电磁辐射提前预警，直至冲击发生。资质证书：项目负责人：王恩元教授博导联系人：王恩元电话：[phone]手机：[phone]（王恩元）E-mail地址：[e-mail]