煤礦越界開(kāi)采監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與測(cè)試

煤礦越界開(kāi)采監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與測(cè)試摘要：通過(guò)對(duì)目前廣泛使用的有線(xiàn)越界監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與本文設(shè)計(jì)的無(wú)線(xiàn)越界監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，判斷無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果是否在系統(tǒng)允許誤差范圍之內(nèi)，確定所設(shè)計(jì)系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)爆破點(diǎn)的震源定位，確定是否有越界開(kāi)采情況發(fā)生。0引言目前，與國(guó)外在礦山微震監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用相比較，國(guó)內(nèi)應(yīng)用非常少，還沒(méi)有成型的礦山微震監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)，且煤礦監(jiān)管部門(mén)所使用的監(jiān)測(cè)設(shè)備多數(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期遠(yuǎn)距離在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，同時(shí)因其是通過(guò)有線(xiàn)方法布置傳感器節(jié)點(diǎn)，不僅加大了人力、物力、財(cái)力的投入，也難以有效地保障信號(hào)電纜等設(shè)備設(shè)施可靠安全的工作［1-3］。因此，為了能夠便于對(duì)礦山井下開(kāi)采巷道和采掘工作面進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，判斷是否存在越界開(kāi)采情況，本文提出一套基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的、檢測(cè)精度高適于井下、機(jī)動(dòng)快捷、高可靠性的煤礦越界開(kāi)采監(jiān)測(cè)方案，進(jìn)行監(jiān)測(cè)試驗(yàn)。1無(wú)線(xiàn)越界監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案開(kāi)采監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分為三級(jí)結(jié)構(gòu):第一級(jí)是布置現(xiàn)場(chǎng)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)采集節(jié)點(diǎn)，第二級(jí)為中心節(jié)點(diǎn)，最終連接到第三級(jí)用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)采集節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)獨(dú)立完整的設(shè)備，通過(guò)單點(diǎn)跟第二級(jí)中心站進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，所以任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備故障都不會(huì)影響其他各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)與系統(tǒng)的正常工作［4］。圖1三級(jí)系統(tǒng)框架圖2無(wú)線(xiàn)越界監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在無(wú)線(xiàn)越界監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案基礎(chǔ)上，進(jìn)行系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與選型、軟件設(shè)計(jì)：硬件選型與設(shè)計(jì)，主要包括檢波器的選型、信號(hào)調(diào)理電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、低通濾波器選型、放大器選型、單片機(jī)選型、無(wú)線(xiàn)通訊設(shè)計(jì)、時(shí)鐘同步設(shè)計(jì)、供電設(shè)計(jì)以及其它接口電路設(shè)計(jì)等，系統(tǒng)硬件連接圖如圖2所示；軟件設(shè)計(jì)，主要包括數(shù)據(jù)采集與處理、數(shù)字濾波設(shè)計(jì)、小波去噪設(shè)計(jì)、無(wú)線(xiàn)通訊設(shè)計(jì)、基于競(jìng)爭(zhēng)協(xié)議的無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸流程設(shè)計(jì)等，采集的礦震信號(hào)和降噪如圖3所示。圖2系統(tǒng)硬件連接圖圖3礦震信號(hào)采集與降噪3兩種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)比較1）有線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)字采集裝置選用的是阿爾泰公司的USB2085數(shù)據(jù)采集卡和一些外圍器件，USB2085的主處理器采用的是美國(guó)TI公司的TMS320VC5509ADSP,其主頻為144MHz,通過(guò)USB與PC機(jī)相連，軟件是基于LabVIEW平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集控制，如圖5-4所示。

圖4有線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2）無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)本文設(shè)計(jì)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠在復(fù)雜環(huán)境的監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)多路在線(xiàn)同步實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)，可以提供分析的歷史數(shù)據(jù)。硬件核心控制器選用C8051F020,整套系統(tǒng)體積小、架設(shè)方便、系統(tǒng)功耗低、無(wú)需人員值守、多路數(shù)據(jù)采集精度高、能夠穩(wěn)定可靠的無(wú)線(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)，無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)試驗(yàn)圖如圖5-5所示。圖5無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)試驗(yàn)圖4系統(tǒng)測(cè)試方法及實(shí)驗(yàn)結(jié)論所設(shè)計(jì)的基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦越界開(kāi)采監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中,檢波器個(gè)數(shù)選擇及布點(diǎn)規(guī)則與震源定位精度有著密切關(guān)系。根據(jù)煤礦井下采掘工作面參數(shù)規(guī)格及礦界范圍的具體情況。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置時(shí)應(yīng)盡可能的覆蓋在整個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域,采集節(jié)點(diǎn)用于監(jiān)測(cè)的坐標(biāo)如圖5-6所示,節(jié)點(diǎn)布點(diǎn)方式采用扇形布設(shè),為了保證檢波器與大地緊密耦合，可將其埋置地表以下20cm，監(jiān)測(cè)的炮點(diǎn)位置如圖5-6所示。圖6監(jiān)測(cè)點(diǎn)和炮點(diǎn)位置通過(guò)對(duì)比實(shí)際炮點(diǎn)和監(jiān)測(cè)炮點(diǎn)坐標(biāo)位置表明，所提出的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方法，開(kāi)展的硬件、軟件設(shè)計(jì)均合理可行，研發(fā)的越界開(kāi)采監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)震源定位，準(zhǔn)確判斷是否有越界開(kāi)采情況發(fā)生，計(jì)算結(jié)果在誤差允許范圍之內(nèi)，系統(tǒng)能夠有效運(yùn)行并實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。5結(jié)論本文對(duì)無(wú)線(xiàn)越界監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方案架構(gòu)、硬件、軟件、數(shù)據(jù)采集與處理等進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，形成了適合煤礦井下的無(wú)線(xiàn)越界監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，與目前廣泛使用的有線(xiàn)監(jiān)測(cè)對(duì)比表明所設(shè)計(jì)系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)爆破點(diǎn)的震源定位，可以實(shí)現(xiàn)井下越界的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。參考文獻(xiàn)1.于克君，駱循，張興民?煤層頂板“兩帶”高度的微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)[J].煤田地地質(zhì)與勘探,2002,1:223-224．2.李庶林，尹賢剛，鄭文達(dá)等?凡口鉛鋅礦多通道微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其應(yīng)用研究?巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2005,24(12):2048-2053.3.馬國(guó)慶，王輝明，李守才，等.無(wú)線(xiàn)擴(kuò)頻技術(shù)在地震勘探數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].勘探地球物理進(jìn)展,2009,32(3):224-227.[4]劉書(shū)龍.基于無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)的煤礦越界開(kāi)采監(jiān)測(cè)系統(tǒng)?煤炭科學(xué)技