[发明专利]基于次声波信息传输的煤矿采空区火区探测系统及方法

权利要求书

1.一种基于次声波信息传输的煤矿采空区火区探测系统，其特征在于，包括温度和气体采集模块、信息分析处理模块、次声波发射模块、次声波接收模块、数据处理模块和保护模块，温度和气体采集模块将温度和气体监测数据传输至信息分析处理模块，信息分析处理模块通过次声波发射模块发出次声波信息，次声波接收模块接收次声波信息并传输至数据处理模块；所述温度和气体采集模块布置在采空区，温度和气体采集模块包括矿用感温传感器和气体传感器；所述信息分析处理模块将温度和气体监测数据通过次声波发射模块传输，信息分析处理模块包括模数转换器、信号放大器、单片机、电-声转换单元和通讯接口；所述次声波接收模块接收并传输次声波信息，次声波接收模块包括单片机、声-电转换模块和滤波器；所述数据处理模块反演得到井下采空区温度和气体的时空变化趋势，所述保护模块用于保护温度和气体采集模块。

2.根据权利要求1所述的一种基于次声波信息传输的煤矿采空区火区探测系统，其特征在于，所述信息分析处理模块将温度和气体采集模块探测到的温度和气体监测数据转换成次声波信号，并通过次声波发射模块向次声波接收模块发射次声波；所述次声波接收模块接收次声波信号，并将声波信号通过单片机和声-电转换单元转换成电信号。

3.根据权利要求1所述的一种基于次声波信息传输的煤矿采空区火区探测系统，其特征在于，所述信息分析处理模块和次声波发射模块控制次声波的发射频率和能量，所述次声波的传播长度的最大值大于1KM，所述次声波接收模块通过单片机控制关停。

4.根据权利要求1所述的一种基于次声波信息传输的煤矿采空区火区探测系统，其特征在于，所述数据处理模块分析井下采空区温度和气体的监测数据，数据处理模块将监测数据传输至井下分站。

5.根据权利要求1所述的一种基于次声波信息传输的煤矿采空区火区探测系统，其特征在于，所述温度和气体采集模块还包括测线，采空区内设置3-5条测线，所述矿用感温传感器、和气体传感器设置在测线上，矿用感温传感器与气体传感器之间的间距为20-50m。

6.一种基于次声波信息传输的煤矿采空区火区探测方法，其特征在于，步骤包括：

步骤一.确定矿井水文地质条件、开拓开采条件和煤的自燃特性，在采煤工作面后方布置温度和气体采集模块，并连接温度和气体采集模块、信息分析处理模块和次声波发射模块，在工作面回采巷道两帮设置次声波接收模块，并连接次声波接收模块和数据处理模块；

步骤二.温度和气体采集模块将采集到的温度和气体监测数据经过信息分析处理模块和次声波发射模块，以次声波的形式向外发射；

步骤三.次声波接收模块接收由次声波发射模块发出的次声波信号，并将次声波信号转换成电信号，温度和气体监测数据经过一次存储后传输至数据处理模块，数据处理模块分析温度和气体监测数据判定自燃危险性；

步骤四.数据处理模块在判定具有自燃危险性的位置通过温度和气体采集模块实时分析温度和气体监测数据，并确定煤层自燃高温异常区域的位置。

7.根据权利要求6所述的一种基于次声波信息传输的煤矿采空区火区探测方法，其特征在于，所述次声波传递温度和气体监测数据的方式包括：(1)次声波信息的能量与温度、指标气体浓度分别呈正相关，具体是温度T越高，次声波能量越大，指标气体浓度C越大，次声波能量越大；(2)对次声波信号进行编码，通过编码表征温度和气体监测数据信息。

8.根据权利要求6所述的一种基于次声波信息传输的煤矿采空区火区探测方法，其特征在于，所述采煤工作面后方布置温度和气体采集模块具体是：在平行于工作面的采空区内布置测线，随着工作面推进在每条测线上分别设置感温传感器和气体传感器；所述测线之间平行，测线之间的间距设置为30-50m；所述气体传感器包括CO传感器、CO₂传感器、O₂传感器和CH₄传感器中的任意2-3种。