[发明专利]一种矿井掘进工作面自供电分布式地震监测系统及方法

权利要求书

1.一种矿井掘进工作面自供电分布式地震监测方法，其特征在于，包括：

利用皮带支架自供电装置将皮带机的机械振动能量转化为电能供给采集分站；

所述皮带支架自供电装置，包括：

H型钢转接机壳，包括在底座上相对设置的两个L型长梁，所述L型长梁和底座构成一个中间开口的安装槽，皮带机的H型钢的一边嵌入所述安装槽中；

振动能量收集管理装置，包括振动压电模块，该振动压电模块包括之字形悬臂梁以及设置于所述之字形悬臂梁上的压电材料；所述之字形悬臂梁通过所述H型钢转接机壳连接于所述带机的H型钢上；

通过数传电缆将采集分站接入地震监测系统进行地震数据采集,每个采集分站至少包括一个浅孔地震检波器；

所述采集分站包括主控核心控制单元、数传电缆、移动存储介质SD卡、浅孔地震检波器；

所述主控核心控制单元用于控制采集分站正常运行，包括将接收的模拟信号转换成数字信号的AD转换模块、信号调理控制模块、用于地震监测系统中各采集分站进行时间校准的时钟同步模块和用于为地震监测系统中各采集分站提供定位的相对位置服务模块，用于向其他采集分站之间传送采集信号和命令的数据转发通信单元，用于回收地震监测数据的数据存储文件系统和移动存储介质SD卡；

所述主控核心控制单元与皮带支架自供电装置连接，由皮带支架自供电装置为主控核心控制单元及其从属模块提供电能；

所述浅孔地震检波器用于检测地震信号，为单一信号输出，主控核心控制单元的AD转换模块与之连接，用于将模拟信号转换为数字信号；

所述AD转换模块采用Σ-Δ型模数转换芯片ADS1274，用数字滤波代替传统的大量模拟滤波电路，在模拟检波器最近距离上进行数字化设计有效避免了模拟信号在传输过程中易产生的信号衰减和噪声影响，大幅度提高了采集信号的信噪比和系统动态范围；

所述数传电缆将地震监测系统中的多个地震采集分站逐个级联，采集分站之间通过数传电缆连接并实时传输采集数据；父采集分站通过数传电缆向地震监测系统内子采集分站发送采集、同步命令，同步所有采集分站的系统时间，长时间无人值守自动采集，接收并保存实时地震监测数据；

所述浅孔地震检波器包括外壳、U形碳素弹簧钢丝、顶部螺丝、异形垫片、机芯、信号传输线缆；

外壳前端通过顶部螺丝用异形垫片固定U形碳素弹簧钢丝702的两个端头；外壳尾部采用两重防水设计，保证机芯在潮湿环境仍能正常工作；地震检波器的外壳采用仿圆锥体流线型设计，方便地震检波器进入巷道壁的钻孔内以及弹簧钢丝受钻孔孔径约束的预留变形空间；机芯采用28Hz横波检波器；信号传输线缆采用两芯屏蔽线，线缆的一端与检波器机芯连接，信号传输线缆的另一端穿过外壳尾部防水旋套与单道采集分站连接；

采集分站工作流程，包括以下步骤：

(1)地震监测系统中的若干分站布置在待监测区域，每个采集分站均与皮带之间自供电装置及浅孔地震检波器连接，采集分站之间通过数传电缆连接；

(2)在已布置的任意一个采集分站中插入包含有监控系统配置参数的移动存储介质SD卡，激活该采集分站，并用内置程序将其定义为父采集分站，其中配置的参数包括地震信号放大倍数、AD采样率；

(3)父采集分站通过数传电缆激活连接到地震监测系统的若干子采集分站正常运行，通过主控核心控制单元上的相对位置服务模块及数据传输通信模块获取父采集分站和子采集分站的相对位置信息，并将所有在线的采集分站相对位置信息通过数据存储文件系统保存到移动存储介质SD卡中；

(4)父采集分站通过数传电缆向连接到地震监测系统的若干子采集分站发送时间同步信号，各子采集分站主控核心控制单元上的时间同步模块处理收到的时间同步信号，再将处理后信号返回给父采集分站，实现地震监测系统中各采集分站的时间一致性；

(5)采集分站的时间同步完成后，父采集分站通过数传电缆向连接到地震监测系统的若干子采集分站发送采集命令及采集参数，地震监测系统进入正常运行状态；

(6)地震监测系统中的子采集分站由数据转发通信模块将采集的地震数据打包、上传，通过数传电缆实时传输至父采集分站，父采集分站收到子采集分站上传的数据后，内置的数据存储文件系统按照各采集分站ID编号对数据以一定的格式文件存储在移动存储介质SD卡中；

(7)滚动施工情景出现时，若干采集分站需从原安装位置取下，并在新掘进位置重新安装接入地震监测系统；可手动暂停父采集分站的运行状态，将其从地震监测模式进入待机模式；新接入站接入地震监测系统后继续父采集分站的运行状态，地震监测系统重新进入步骤2，主动检测自身运行状态及相邻两侧子采集分站ID编号，实时更新地震监测设备的拓扑结构信息，地震监测系统重新进入正常运行状态；

(8)采集作业结束后，施工负责人从父采集分站中取出移动存储介质SD卡，并将其带到地面数据服务器中进行数据处理；取出移动存储介质SD卡的地震监测系统在等待若干时间后进入待机状态。