[发明专利]矿井围岩顶板灾害超声波多点实时监测方法

说明书

技术领域

矿井围岩顶板灾害超声波多点实时监测方法，属于矿业和岩土工程安全监测与监控技术领域。

背景技术

矿山井下存在围岩片帮、顶板冒落及岩爆动力灾害等危险，其中尤以顶板事故最为突出，其对工作人员和设备构成了直接威胁，而且影响工程进度，还能造成支护失效，甚至地震。仅从2012年初到2012年9月底，冒顶事故就发生了11起，死亡44人，围岩顶板安全问题亟待解决。

要保证安全必须针对上述问题的发生进行事先预防和预警，需要对围岩顶板状态进行监测监控。目前关于围岩监测主要有围岩变形监测可细分为表面位移监测、顶板离层和松动范围监测）、巷道支架载荷监测、巷道围岩的应力监测以及针对以上监测开发的实时动态监测的仪器设备比如有顶板动态监测系统、顶板在线监测系统等，单纯的围岩位移监测、支架压力监测和应力监测难以真正反映围岩内部的变化情况即损伤演化情况，因此监测监控及预警效果不理想，围岩顶板事故依然占事故较大比重，针对围岩的声发射监测，其安装监测过程相对繁琐复杂而且费用高，对整个安装质量的要求也较高，监测数据的后期分析复杂和不方便，实际使用效果并不理想，有必要探寻新的有效监测与预警技术。

超声波对岩体内部密度的变化、内部缺陷、裂缝均有很灵敏的反应，其能真正反映围岩内部的变化情况即损伤演化情况，采用超声波监测具有简单、易于操作和无损伤等特点，目前常用于矿井围岩松动圈的测试中，将超声波测试用于围岩顶板灾害实时监测及多点位监测的还未见报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种安全性高、自动化程度高，应用范围广且可以进行多点位监测、分级预警的矿井围岩顶板灾害超声波多点实时监测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该矿井围岩顶板灾害超声波多点实时监测方法，其特征在于：包括非金属超声波检测仪、一发双收干孔换能器、多点位转接装置、主控计算机和声光报警装置；一发双收干孔换能器通过电缆与多点位转接装置相连，多点位转接装置通过电缆与非金属超声波检测仪相连，非金属超声波检测仪与主控计算机相连，主控计算机同时与声光报警装置相连；

具体监测步骤如下：

步骤3001，安装一发双收干孔换能器，在围岩顶板监测区，按一定间距布置钻孔，将多个一发双收干孔换能器分别布置在围岩顶板的钻孔中并完成安装；

步骤3002，一发双收干孔换能器与多点位转接装置连接，通过电缆将安装完成的多个一发双收干孔换能器与多点位转接装置相连接；

步骤3003，多点位转接装置与非金属超声波检测仪连接，通过电缆将非金属超声波检测仪与多点位转接装置相连接并实现相互通信；非金属超声波检测仪与主控计算机、主控计算机与声光报警装置连接并实现相互通信；

步骤3004，所有点位的实时巡检，通过非金属超声波检测仪与主控计算机对所有安装有一发双收干孔换能器的点位进行巡检，对监测到的围岩顶板的多点位的声波波形进行实时记录并进行分析；

步骤3005，判断某一点位是否超过设定的阈值或是否符合设定的前兆模式，非金属超声波检测仪和主控计算机通过对监测到的顶板多点位声波波形的实时分析，得到一定范围内的围岩顶板的声波波速、波幅及频谱特征变化规律，判断该点位的声波信号是否超过设定的阈值或是否符合设定的前兆模式，如果没有超过设定的阈值同时不符合设定的前兆模式，返回步骤3004，如果超过设定的阈值或符合设定的前兆模式，则该点位为报警点位，此时执行步骤3006和步骤3007，同时返回步骤3004；

步骤3006，多点位分析，将该报警点位的声波信号参数进行记录，并进入多点位分析流程；

步骤3007，单点位报警，声光报警装置对该报警点位进行声光报警。

所述的多点位分析流程，其具体步骤如下：

步骤4001，确定报警点位数量，主控计算机将巡检到的所有的报警点位的数量进行统计，确定报警点位的具体数量；

步骤4002，多点位报警分析，主控计算机通过对监测到的顶板多点位声波波形的实时分析，得到一定范围内的围岩顶板的声波波速、波幅及频谱特征变化规律；

步骤4003，判断是否有可能发生顶板灾害，主控计算机根据其超过设定的阈值或符合设定的前兆模式的点位数及变化规律，综合判断其是否会发生顶板灾害，如果会发生顶板灾害，执行步骤4004，如果不会发生顶板灾害，返回步骤4002；

步骤4004，确定灾害范围，主控计算机通过对所有报警点位的综合分析，确定出有可能发生的顶板灾害的范围，并进行发布；