[发明专利]用于煤矿井下的采空区高温火区位置声波探测方法及系统

权利要求书

1.一种用于煤矿井下的采空区高温火区位置声波探测方法，其特征在于，步骤包括，

步骤一.确定接收声波信号的最佳频率，并布置声波传感器测点；

步骤二.实时计算每个声波传感器测点处的声波信号强度平均值，判断自燃危险程度；

步骤三.分析声波强度的变化斜率确定自燃危险程度的变化趋势，且通过克里金插值法进行自燃煤层高温火区位置的反演，定位高温火区位置；

所述声波传感器测点的布置包括回采过程中测点的布置和密闭区域声波探测测点的布置，所述声波传感器测点处均布置有声波传感器；

所述回采过程中测点的布置具体是：

A.将声波传感器测点设置在两条回采巷道与工作面液压支架交汇的两个位置，并在每条回采巷道内分别设置2个声波传感器测点，所述声波传感器设置了金属罩；

B.连接声波传感器和探测主机，测试干扰声波信号，并屏蔽干扰声波信号；

C.探测主机采集声波传感器的参数并记录，声波传感器和探测主机随工作面的推进移动，沿工作面推进方向进行测试；

所述密闭区域声波探测测点的布置具体是：

a.在密闭区域外使用探测钻机和定向钻杆将声波传感器布置到钻孔内进行声波定向探测；

b.连接声波传感器和探测主机，测试干扰声波信号，并屏蔽干扰声波信号；

c.探测主机采集声波传感器的参数并记录。

2.根据权利要求1所述的一种用于煤矿井下的采空区高温火区位置声波探测方法，其特征在于，所述声波传感器测点的布置需要根据煤层的水文地质条件、煤体自燃特性、煤岩升温声波特性确定，所述煤岩升温声波特性通过煤岩升温声波测试试验确定；通过水文地质条件、煤体自燃特性和煤岩升温声波特性确定接收声波信号的最佳频率、测试距离和测点布置。

3.一种用于煤矿井下的采空区高温火区位置声波探测系统，其特征在于，包括声波传感器模块、数字化监测传输模块、声波数据分析模块、存储模块、通讯模块和显示模块；所述声波传感器模块布置在声波传感器测点，所述数字化监测传输模块、声波数据分析模块、存储模块、通讯模块和显示模块集成探测主机；所述声波传感器模块接收探测区域的声波信号，所述探测主机判定探测区域的危险性以及位置；所述声波传感器模块和探测主机用于实现权利要求1或2所述用于煤矿井下的采空区高温火区位置声波探测方法的步骤。

4.根据权利要求3所述的一种用于煤矿井下的采空区高温火区位置声波探测系统，其特征在于，所述数字化监测传输模块将多个通道的声波信号转换为数字信号和电信号；所述声波数据分析模块分析声波数据信号的时域和频域特征；所述显示模块实现数据显示、数据存储和操作命令的输入；所述存储模块将声波传感器模块接收到的探测区域的声波信号进行保存；所述通讯模块实现外部通讯信息传递，包括USB接口，用于连接井下分站将数据进一步传输，或者将数据导出并进行深度分析。

5.根据权利要求3所述的一种用于煤矿井下的采空区高温火区位置声波探测系统，其特征在于，所述声波传感器的频率范围为0-500KHz，包括0.01-20KHz之间的次声波信号，还有频率高于20KHz的声波信号；所述声波传感器外部套设有抗干扰金属屏蔽罩，金属屏蔽罩上设置有开口，调整开口位置接收固定方向上的声波信号。

6.根据权利要求3所述的一种用于煤矿井下的采空区高温火区位置声波探测系统，其特征在于，所述探测主机实时传输、转换、分析和存储声波传感器模块采集的声波信号，具体是：声波传感器模块将采集的声波信号转换成电信号，进而数字化监测传输模块对采集的声波信号进行放大和滤波处理，滤波过程中主要滤掉煤岩破裂的产生的声波信号，此时的声波信号则形成第一级存储；声波数据分析模块逐个记录并计算声波传感器测点的声波信号强度平均值，判定煤层自燃的危险程度；判定具有煤层自燃危险的声波传感器测点，声波数据分析模块进一步计算声波强度的变化斜率，判定井下煤层自燃危险程度的变化趋势；通过克里金插值法进行井下煤层自燃高温火区位置的反演，判定井下煤层自燃高温异常区域位置。

7.根据权利要求6所述的一种用于煤矿井下的采空区高温火区位置声波探测系统，其特征在于，所述存储模块将声波数据分析模块的分析判定结果进行第二级存储，所述显示模块实时显示声波数据分析模块的分析判定结果。